1.1 Eingebettete Systeme - Goethe

Transcrição

1.1 Eingebettete Systeme - Goethe
1. Grundlagen
Grundlagen für eingebettete Systeme
1.1 Eingebettete Systeme
1.2 Ubiquitäre Systeme
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller, Signalprozessoren und SoC
1.4 PC Systeme
1.5 Modellierung
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
1
1.1 Eingebettete Systeme
Eingebettete Systeme:

Datenverarbeitungssysteme, die in ein technisches
Umfeld eingebettet sind

Steuern, Überwachen und Regeln dieses Umfeld

Beispiel: Steuerung einer Kaffeemaschine:
Koordination von Wasserbehälter, Heizung und
Ventilen zur Bereitung eines Kaffees
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2
1.1 Eingebettete Systeme
Weiteres Beispiel:
PC auf dem Schreibtisch zu Hause
kein eingebettetes System, stellt seine
Datenverarbeitungsleistung dem Menschen zur
Verfügung
PC in der Fabrikhalle zur Steuerung einer Anlage
eingebettetes System
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
3
1.1 Eingebettete Systeme
Mehr Beispiele:
Alltagsgegenstände
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
4
1.1 Eingebettete Systeme
Raumfahrt
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
5
1.1 Eingebettete Systeme
KFZ-Technik
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
6
1.1 Eingebettete Systeme
Robotik
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
7
1.1 Eingebettete Systeme
Autonomes
Fahrzeug (z.B. für
die
Fabrikautomation)
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
8
1.1 Eingebettete Systeme
Gegenüber reinen Rechensystemen stellen eingebettete
Systeme weitere Anforderungen:
Schnittstellenanforderungen
mehr und vielfältigere Schnittstellen als bei reinen
Rechensystemen
Mechanische Anforderungen
robuster Aufbau, rauhe Umgebung, mechanische
Belastung, begrenzter Raum, vorgegebene
geometrische Form
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
9
1.1 Eingebettete Systeme
Elektrische Anforderungen
vorgegebene Versorgungsspannung, limitierter
Energieverbrauch, geringe Abwärme
Zuverlässigkeitsanforderungen
Ausfallsicherheit, Notbetrieb, z.B. bei Bremsen, der
Steuerung eines Kernreaktors, einem Flugzeug, ...
Zeitanforderungen
Ausführung von Tätigkeiten innerhalb einer
vorgegebenen Zeit => Echtzeitsysteme
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
10
1.1 Eingebettete Systeme
Einige zusätzliche Bemerkungen zu Echtzeitsystemen
Nicht-Echtzeitsystem:
logische Korrektheit
Echtzeitsystem:
logische Korrektheit +
zeitliche Korrektheit
Ein Ergebnis ist nur korrekt, wenn es logisch korrekt ist und zur
rechten Zeit zur Verfügung steht!
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
11
1.1 Eingebettete Systeme
Klassen von Echtzeitsystemen:
Harte Echtzeitsysteme
Zeitbedingungen müssen unter allen Umständen
eingehalten werden. Das Verpassen einer Zeitschranke ist
nicht tolerierbar
Beispiel:
Kollisionserkennung in einem automatischen
Fahrzeug
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
12
1.1 Eingebettete Systeme
Klassen von Echtzeitsystemen:
Feste Echtzeitsysteme
Feste Zeitschranken
Ein Ergebnis ist nach Überschreiten der Zeitschranke
wertlos (Verfallsdatum)
Die Folgen sind jedoch nicht unmittelbar katastrophal
Beispiel:
Positionserkennung in einem automatischen
Fahrzeug
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
13
1.1 Eingebettete Systeme
Klassen von Echtzeitsystemen:
Weiche Echtzeitsysteme
Weiche Zeitschranken
Ein Überschreiten um einen gewissen Wert ist tolerierbar
Mehr Richtlinie denn harte Zeitschranke
Beispiel:
Periodische Temperaturmessung für eine
Anzeige
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
14
1.1 Eingebettete Systeme
Wesentliche Anforderungen an Echtzeitsysteme
Zeitliche Vorhersagbarkeit
 spielt die dominierende Rolle
 eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit ohne
Vorhersagbarkeit ist wertlos
 wichtige Größe: WCET (Worst Case Execution Time)
 heutige Prozessoren mit Caches und spekulativer
Programmausführung sind hier problematisch
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
15
1.1 Eingebettete Systeme
Längerfristige Verfügbarkeit
 Leistung muss über einen längeren Zeitraum erbracht
werden
 Betriebspausen, z.B. zur Reorganisation, sind nicht
zulässig (Beispiel Garbage Collection)
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
16
1.2 Ubiquitäre Systeme
Ubiquitäre Systeme
allgegenwärtig = überall verbreitet = ubiquitär
Computer → „unsichtbar“, hinter Alltagsgegenständen verborgen
Neuer Begriff:
Ubiquitous Computing
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
17
1.2 Ubiquitäre Systeme
 Begriff Anfang der 90er Jahre von Mark Weiser geprägt
 Zukunftsvision: Mit Mikroelektronik angereicherte Gegenstände
sollen so alltäglich werden, dass die enthaltenen Rechner als
solche nicht mehr wahrgenommen werden.
 Ubiquitäre Systeme sind eine Erweiterung der eingebetteten
Systeme.
 Zusätzlich zu einem eingebetteten System kommt noch
Umgebungswissen hinzu, das es diesem System erlaubt, sich
in hohem Maße auf den Menschen einzustellen.
 Als ubiquitäre (allgegenwärtige) Systeme bezeichnet man
eingebettete Rechnersysteme, die selbstständig auf ihre Umwelt
reagieren.
 Rechner in dienender und nicht beherrschender Rolle.
 Die Benutzer sollen nicht in eine virtuelle Welt gezogen werden,
sondern die gewohnte Umgebung soll mit Computerleistung
angereichert werden.
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
18
1.2 Ubiquitäre Systeme
Die dritte Ära der Rechnernutzung
Phase 1: Großrechner
Phase 2: Personal Computer
Phase 3: Ubiquitäre Systeme
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
19
1.2 Ubiquitäre Systeme
Merkmale ubiquitärer Systeme
 Ubiquitäre Systeme sind eine Erweiterung sogenannter
„eingebetteter Systeme“
Rechner, die in technische Systeme eingebettet sind, also
z.B. Waschmaschine, Fahrkartenautomaten, ABS im Auto
etc.
 überall in hoher Zahl vorhanden - Allgegenwart
 ubiquitäre Systeme nutzen drahtlose Vernetzung
Handytechnologien, Funk-LAN, Bluetooth, Infrarot
 Umgebungswissen, das es ubiquitären Systemen erlaubt,
sich in hohem Maße auf den Menschen einzustellen
 Neue Geräte wie z.B. Handhelds, tragbare Rechner
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
20
1.2 Ubiquitäre Systeme
Technologien ubiquitärer Systeme
• Einbeziehung von Informationen aus der natürlichen
Umgebung der Geräte
• Umgebungswissen erstellt durch Erfassung, Interpretation,
Speicherung, Austausch und Verbindung von
Sensorendaten
• Umgebungswissen erlaubt ubiquitären Systemen sich in
hohem Maße auf den Menschen einzustellen
 Gerät kann Informationen in Abhängigkeit vom jeweiligen
Aufenthaltsort auswählen und anzeigen
 Gerät passt sich in seinem Verhalten der jeweiligen
Umgebung an
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
21
1.2 Ubiquitäre Systeme
Anwendungsbeispiel: MediaCup (Teco Karlsruhe)
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
22
1.2 Ubiquitäre Systeme
 Der Boden der MediaCup enthält




die Elektronik in einem
abnehmbaren Gummiüberzieher.
Kern ist ein kleiner Mikroocontroller
Die Elektronik wird kabellos mit
Energie versorgt; ein 15 minütiger
Aufladevorgang kann die Tasse
etwa 10 Stunden mit Energie
versorgen.
Sensoren erkennen Temperatur und
Bewegungszustand der Tasse.
Diese Informationen wird von der
Tasse in den Raum gesendet.
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
23
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
Signalprozessoren und SoC
Einige grundlegende Begriffe zu Mikroprozessoren
Mikroprozessor:
 Zentraleinheit eines Datenverarbeitungssystems
 heute meist mit weiteren Komponenten auf einem
einzigen Chip untergebracht
 Zentraleinheit = CPU, Central Processing Unit
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
24
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
Signalprozessoren und SoC
Basiskomponenten eines Mikroprozessors
Rechenwerk
Steuerwerk
Prozessorkern
Schnittstelle zur Außenwelt
Weitere Komponenten (je nach Komplexität)
Cache
Virtuelle Speicherverwaltung
Ziel: möglichst effiziente Ausführung eines Programms
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
25
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
Signalprozessoren und SoC
Weitere Begriffe:
Mikroprozessorsystem
Technisches System, welches einen Mikroprozessor
enthält. Dies muss kein Rechner sein.
Mikrorechner (Mikrocomputer)
Rechner, der als Zentraleinheit einen oder mehrere
Mikroprozessoren enthält.
Enthält weiterhin Speicher, Ein-/Ausgabeschnittstellen
sowie ein Verbindungssystem.
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
26
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
Signalprozessoren und SoC
Mikrorechnersystem (Mikrocomputersystem)
Mikrorechner mit an die Ein-/Ausgabeschnittstellen
angeschlossenen Peripheriegeräten,
=> Kontakt zum Umfeld im eingebetteten System
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
27
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
Signalprozessoren und SoC
Mikrorechner
Mikroprozessor
Zentraleinheit
Prozessorkern
Steuerwerk Rechenwerk
Speicher
Verbindungseinrichtun
g
Ein-/Ausgabe-
(für Programme und
Daten)
Mikrorechnersystem
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
Schnittstellen
PeripherieGeräte
28
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
Signalprozessoren und SoC
Mikrocontroller
 Mikrorechner auf einem Chip
 Ziel: Steuerungs- oder Kommunikationsaufgabe mit
möglichst wenigen Bausteinen lösen
 Prozessorkern, Speicher und Ein-/Ausgabeschnittstellen
sind auf die Lösung solcher Aufgaben zugeschnitten
 es existiert eine Vielzahl verschiedener
Mikrocontroller
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
29
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
Signalprozessoren und SoC
Deshalb meist: Organisation in Mikrocontrollerfamilien
Die Mitglieder einer Familie besitzen
meist gleichen Prozessorkern
unterschiedlichen Speicher
unterschiedliche Ein-/Ausgabeschnittstellen
Ideale Hardware-Plattform für eingebettete Systeme
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
30
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
Signalprozessoren und SoC
SoC (Systems on Chip)
 Konsequente Weiterentwicklung der Mikrocontrolleridee,
Systeme mit möglichst wenigen Bausteinen zu realisieren
 Mikrocontroller: standardisierter Rechnerbaustein, mit
wenigen anderen Komponenten entsteht
anwendungsspezifisches System
 SoC: vollständiges anwendungsspezifisches System auf
einem einzigen Chip
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
31
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
Signalprozessoren und SoC
Realisierungsmöglichkeiten von SoC
 Bereitstellung und Kombination von
Hardwarebibliotheken => FPGA, ASIC
 Rekonfigurierbare Hardware
- Fester Prozessorkern und Speicher
- Rekonfigurierbare Zellen
Weitere Herausforderung bei SoC: Kombination von analogen
und digitalen Komponenten
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
32
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
Signalprozessoren und SoC
Signalprozessoren
 Spezielle Prozessorarchitekturen zur Verarbeitung
analoger Signale
 Hochleistungsarithmetik zur schnellen fortgesetzten
Multiplikation und Addition (MAC, Multiply and
Accumulate)
=> schnelle Berechnung von Polynomen
 vom Anwender steuerbare Parallelität
 spezielle Schnittstellen zur Ein- und Ausgabe von
analogen Signalen
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
33
1.4 PC-Systeme
PC-Systeme
Heute verbreitetste Form von Mikrorechnern
1980 von IBM eingeführt
unter ständiger Weiterentwicklung zum Quasi-Standard
geworden
Merkmale: zentrales Motherboard (Mainboard),
zusätzliche Komponenten in Form von Steckkarten
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
34
1.4 PC-Systeme
Grundlegende Bestandteile eines PCs:
Mikroprozessor
Cache
Northbridge
verbindet
Systembus und Hauptspeicher
Southbridge
verbindet
Ein-/Ausgabeeinheiten
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
35
1.4 PC-Systeme
Beispiel:
Intel Pentium 4
(775 Package)
Front Side Bus
Memory Bus
P5AD2-E
Motherboard
von Asus
Intel 82925XE
Memory Controller Hub
(North Bridge)
DDR-RAM
PCI Express x16
Graphics
DMI x4
PCI Bus
Intel ICH6R
IO Controller Hub
(South Bridge)
Gigabit
LAN
PCI Express x1
USB
Serial ATA
IDE (UDMA/133, ATA/ATAPI-7)
1.4 PC-Systeme
Eigenschaften der
verschiedenen Busse:
Bus
Übertragungsart
Taktrate
Übertragungsrate
Front Side Bus
64 Bit parallel,
4-fache Datenrate
266 MHz
8,5 GByte/s
Memory Bus
64 Bit parallel,
2-fache Datenrate
533 MHz
8,5 GByte/s
PCI Express x16
16 x 1 Bit seriell,
vollduplex,
2-fache Datenrate,
8B10B Kode
1250 MHz
8 GByte/s
PCI Express x1
1 x 1 Bit seriell,
vollduplex,
2-fache Datenrate,
8B10B Kode
1250 MHz
500 MByte/s
DMI x4
4 x 1 Bit seriell,
vollduplex,
2-fache Datenrate,
8B10B Kode
1250 MHz
2 GByte/s
PCI Bus
32 Bit parallel,
Adress/DatenMultiplex
33 MHz
133 MByte/s
USB
1 Bit seriell,
halbduplex,
1-fache Datenrate,
NRZI Kode
480 MHz
60 MByte/s
Serial ATA
1 Bit seriell,
halbduplex,
1-fache Datenrate,
8B10B Kode
1500 MHz
150 MByte/sec
16 Bit parallel,
1-fache Datenrate
66 MHz
133 MByte/sec
IDE
(UDMA/133,
ATA/ATAPI-7)
IDE
DDR-RAM
USB
DDR-RAM
PowerConnector
P5AD2-E von
Asus
LGA 775
Intel
82925XE
Audio
Motherboard
Intel Pentium 4
DDR-RAM
Layout:
CPULüfter
DDR-RAM
Parallel-Port
1.4 PC-Systeme
PCI Express x16 (Graphik)
PCI
PCI
Intel
ICH6R
Serial
ATA
PCI
PCI Express x1
PCI Express x1
Seriell-Port
Game-Port
1.4 PC-Systeme
Standard PCs sind problematisch für eingebettete Systeme wegen:
 Großem Platzbedarf
 Hohem Gewicht
 Hohem Energieverbrauch
 Geringer mechanischer Robustheit
 Standard-Betriebssysteme nicht echtzeitfähig
Abhilfe: IndustriePCs
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
39
1.4 PC-Systeme
CPU-Karte
CPU
SpeicherErweiterungsKarte
IO-Karte
serielle IOKanäle
L2Cache
Speicher
parallele IOKanäle
CPU- Lokaler
PCISpeiBridge cher
Bustreiber
Bustreiber
...
Bustreiber
Backplane-Bus
Backplane
Mechanisch robuste PC-Variante zur Steuerung von eingebetteten Systemen, die hohe
Rechenleistung und Speicherkapazität benötigen und unkritisch bei Platzbedarf,
Energiebedarf und Gewicht sind, z.B. in der Robotik.
Vorteil: Software kann auf normalem PC entwickelt und fast direkt übernommen werden
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
40
1.5 Modellierung
Da eingebettete Systeme neben digitalen zeitdiskreten
auch analoge zeitkontinuierliche Komponenten besitzen
können, kommen unterschiedliche Modelle zum Einsatz
Modell
kontinuierlich
statisch
dynamisch
diskret
statisch
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
dynamisch
41
1.5 Modellierung
Zeitdiskrete Modelle:
Automaten
Petri-Netze
UML
Z-transformierte Übertragungsfunktion
...
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
42
1.5 Modellierung
Beispiel: Zeitdiskretes Modell einer Steuerung „Fräsen einer Nut“
in einem eingebetteten System
z
y
x
Ausgangsstellung
Hilfsstellung
Reduzierpunkt
Nut-Ende
Nut-Tiefe
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
43
1.5 Modellierung
Modellierung mit einem Automaten (Moore-Automat)
Ausgangszustand
Ausgangsposition
erreicht
Start
Eilgang
-z
.
Eilgang
-x
Reduzierpunkt
erreicht
Hilfsstellung
erreicht
Vorschub
-z
Nuttiefe
erreicht
Vorschub
+x
Nutende
Zustand/
Ausgabe
Übergang
Eilgang
+z
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
44
1.5 Modellierung
Modellierung mit einem Petri-Netz
Start
Ausgangsposition
erreicht
Eilgang -z
Reduzierpunkt
erreicht
Vorschub -z
Nuttiefe
erreicht
Vorschub +x
Eilgang -x
Hilfsstellung
erreicht
Eilgang +z
-
Stellen
-
Transitionen
-
Marken
Nutende
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
45
1.5 Modellierung
Zeitkontinuierliche Modelle:
Differentialgleichungen
Übertragungsfunktion (Zeit-/Bildbereich)
Sprungantwort (Zeit-/Bildbereich)
Zustandsraumdarstellung
Frequenz- und Phasengang
...
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
46
1.5 Modellierung
Modellierung mit Differentialgleichungen
Eingangssignal
w(t)
System
(Übertragungsglied)
Ausgangssignal
x(t)
Differenzialgleichung n-ter Ordnung
F (x (n ) ,...x , w (m ) ,...w,t ) = 0
Beispiel: homogene lineare Differenzialgleichung:
x ( n ) + an −1 x ( n −1) + ... + a1 x + a0 x = 0
Lösung :
x(t ) = Ck e λk t = Ck e (δ k + jωk ) t = Ck eδ k t (cos ωk t + j sin ωk t )
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
47
1.5 Modellierung
Modellierung mit Übertragungsfunktionen im Zeitbereich
w(t)
g(t)
g(t)
x(t)
g(t): Übertragungsfunktion (Gewichtsfunktion, Impulsantwort)
t
Faltung:
x(t ) = ∫ g (t − τ ) ⋅ w(τ )dτ = g (t ) * w(t )
0
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
48
1.5 Modellierung
Modellierung mit Übertragungsfunktionen im Bildbereich
W(s)
G(s)
g(t)
X(s)
W(s), G(s), X(s): Laplace-Transformierte von w(t), g(t), x(t)
Laplace-Transformation:
∞
F (s ) = L( f (t )) = ∫ e −ts f (t )dt
0
mit s = δ + jω
Aus der Faltung wir im Bildbereich (Laplace-Bereich) eine Multiplikation:
X(s) = G(s) · W(s)
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
49
1.5 Modellierung
Steuerung und Regelung: Steuerung
Sollwert
(Führungsgröße)
w(t)
Steuersignal
u(t)
Steuerglied
Stellgröße
y(t)
Stellglied
Steuergröße
x(t)
Umfeld/
Strecke
Offene Wirkungskette
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
50
1.5 Modellierung
Steuerung und Regelung: Regelung
Störungen
Regelabweichung Reglersignal
Stellgröße
u(t)
e(t)
y(t)
+
Sollwert
StellRegler
(Führungsgröße)
glied
w(t)
xr(t)
Istwert (gemessene
Größe)
Regelgröße
x(t)
Umfeld/
Strecke
Messglied
Geschlossene Wirkungskette
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
51

Documentos relacionados