Inhalte - Modelling and Simulation of Dynamic Systems

Modellbildung und Simulation dynamischer Systeme

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Informationen zur Lehre im WiSe 2020/21

 

Die Veranstaltung wird auf Grund der aktuellen Situation als E-Learning auf der Moodle-Plattform stattfinden. Zu den Vorlesungen und Übungen gibt es Videos, die nacheinander immer für eine Woche als Stream angeboten werden. An jedem Freitag der Woche von 12-14 Uhr wird eine Web-Konferenz angeboten. Der erste Teil der Web-Konferenz beschäftigt sich mit der Vorlesung (ca. 60 Minuten). Hier werden die wichtigsten Inhalte der Videos der letzten Woche zusammengefasst, Fragen zu dem Inhalt der Videos beantwortet und der Inhalt der Videos der nächsten Woche kurz vorstellt. Um die Veranstaltung effektiv für alle gestalten zu können, müssen die Fragen vor der Web Konferenz in schriftlicher Form (z.B. als Mail) gestellt werden. Nach einer 15 min. Pause wird im zweiten Teil eine Live Übung angeboten (ca. 45 Minuten).

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Link zum Kurs: https://moodle.uni-due.de/course/view.php?id=23259

Einschreibemethode: Die Anmeldung zum Moodle Kurs erfolgt durch ein Formular auf unserer Webseite:
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Einschreibeschlüssel (Anmeldung zum Moodle Kurs)

  Verantwortliche: Dr.-Ing. Köppen-Seliger (Vorlesung), Dr.-Ing. Köppen-Seliger (Übung)

Nach einer Einführung in Ziele und Bedeutung von Modellbildung und Simulation werden zunächst numerische Verfahren zur Lösung von gewöhnlichen Differentialgleichungen (diverse implizite und explizite Ein- und Mehrschrittverfahren, andere Verfahren) und deren Eigenschaften (numerische Stabilität, lokale und globale Fehler, Eignung für steife DGLs, bei Sprüngen und für Schrittweitensteuerung) behandelt. Die Lösung partieller DGLs wird lediglich durch ein Beispiel mit Zeit- und Ortsdiskretisierung angedeutet.

Das Kapitel über experimentelle Modellbildung befasst sich zunächst mit Vorgehensweise und Wahl der Testsignale. Es folgen Verfahren zur Gewinnung nichtparametrischer Modelle. Die direkte Parameterbestimmung aus Sprungantworten beschränkt sich auf einfache lineare dynamische Systeme. Für allgemeine Parameterschätzverfahren (wie sie in der "System Identification Toolbox" von MATLAB implementiert sind) werden die zugrunde liegenden Modelle dargestellt. An einem Verfahren wird die Rückführung auf ein Least-Squares-Problem gezeigt und bezüglich weiterer Details auf die Vorlesung "State and Parameter Estimation" verwiesen. Subspace-Methoden und Identifikation nichtlinearer Systeme werden nur als Ausblick angedeutet.

Physikalische Grundlagen aus Mechanik, Thermodynamik und Strömungslehre werden in kurzer Form zusammengefasst. Die Anwendung erfolgt zur theoretischen Modellbildung (zur Gewinnung "rigoroser Modelle") für zahlreiche Beispiele, so z.B.:

  • Antrieb mit Gleichstrommotor, Pumpe und Kompressor, Ventil, Wärmetauscher, beheizter Behälter (Flüssigkeit, Gas, kochende Flüssigkeit und Dampf), Rührkesselreaktor mit chemischer Reaktion.

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