| Modellierung, Optimierung und Regelung mechanischer Systeme [2017/18 WiSe] | ||
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| Code IMORMS |
Name Modellierung, Optimierung und Regelung mechanischer Systeme |
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| LP 8 LP |
Dauer ein Semester |
Angebotsturnus mind. jedes 4. Semester |
| Format Vorlesung 4 SWS, Übung 2 SWS |
Arbeitsaufwand 240 h; davon 90 h Präsenzstudium 50 h Prüfungsvorbereitung 100 h Selbststudium |
Verwendbarkeit B.Sc. Angewandte Informatik, M.Sc. Angewandte Informatik |
| Sprache |
Lehrende |
Prüfungsschema |
| Lernziele | Die Studierenden können die grundlegenden Prinzipien der Modellierung, Optimierung und Regelung dynamischer Prozesse - im speziellen von mechanischen Systemen - darstellen und erklären. Sie kennen die Grundlagen der nichtlinearen Optimierung und können verschiedene mathematische Lösungsstrategien vergleichen und beurteilen. Die Studierenden können komplexe mechanische Systeme wie menschliche Geh- und Rennbewegung mit den erarbeiteten Methoden analysieren, klassifizieren und auf spezifische Eigenschaften wie Stabilität hin untersuchen . Die Studierenden können Softwarepakete auf der Basis von Lua und C++ einsetzen und zur Modellierung, Simulation, Optimierung und Visualisierung mechanischer Systeme nutzen. Sie sind in der Lage, die auftretenden Optimalsteuerungsprobleme numerisch zu lösen und die Güte der erreichten Lösung zu evaluieren. |
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| Lerninhalte | Ziel dieser Lehrveranstaltung ist es, Studierenden der Mathematik, Informatik und Physik einen anwendungsorientierten Einstieg in die Modellierung, Optimierung und Regelung von mechanischen Systemen zu bieten. Der Fokus der Vorlesung liegt auf komplexen Mehrkörpersystemen aus Robotik und Biomechanik. Während in der Vorlesung die notwendigen theoretischen Grundlagen vermittelt werden, dienen die Computerübungen dazu, den Umgang mit Softwarewerkzeugen für die Modellierung, Visualisierung, Simulation und Optimale Steuerung anhand einfacher Beispiele auszuprobieren. Inhalt der Vorlesung: Dynamische Prozessmodellierung Mechanische Grundbegriffe, Kinematik, Dynamik Modellierung von Mehrkörpersystemen Bewegungssimulation Nichtlineare Optimierung Direkte Methoden der Optimalen Steuerung Grundlagen der Regelungstechnik Grundlagen der Systemdynamik Steuerung und Regelung von Bewegungen Modellierung menschlicher Geh- und Rennbewegungen Modellierung von Laufbewegungen humanoider und zweibeiniger Roboter Stabilität von Bewegungen Inhalt der Computerübungen: Simulation und Visualisierung mechanischer Systeme Modellierung der Dynamik von Mehrkörpersystemen mit der RBDL (Rigid Body Dynamics Library) Implementierung und Lösen von Optimalsteuerungsproblemen mit MUSCOD-II für verschiedene mechanische Beispielsysteme. |
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| Teilnahme- voraus- setzungen |
Dringend empfohlen sind: Programmierkenntnisse in C/C++, Einführung in die Numerik Vorteilhaft sind: Algorithmische Optimierung 1, Numerik 1, Kenntnisse in Matlab/Octave |
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| Vergabe der LP und Modulendnote | Bestehen der Modulprüfung | |
| Nützliche Literatur | D. Greenwood: Principles of Dynamics, Prentice Hall, 1987 I .Newton: Principia, 1687 J. T. Betts: Practical Methods for Optimal Control Using Nonlinear Programming. SIAM, Philadelphia, 2001 J. Craig: Introduction to Robotics - Mechanics and Control. Prentice Hall, 2003 J. Nocedal, S. Wright: Numerical Optimization, Springer, 2000 B. Siciliano, et al: Robotics - Modeling, Planning and Control, Springer 2008 Spong, Hutchinson, Vidyasagar: Robot modeling and control, Wiley, 2005 Perry, Burnfield: Gait Analysis - Normal and pathological function, Slack Inc., 2010 M. Raibert: Legged Robots that Balance, MIT Press, 2000 |
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