Zeichnen Sie die Grundstruktur eines mechatronischen Systems nach VDI-Richtlinie 2206 und beschriften Sie die wesentlichen Komponenten und Verbindungen (Informationsfluss, Stofffluss, Energiefluss).
Was versteht man unter dem Begriff Rapid Control Prototyping (RCP)? Was sind die Vorteile von RCP?
Kurzfassung: RCP ist eine rechnergestützte Entwurfsmethode zur schnellen Regelungs- und Steuerungsentwicklung.
RCP ist ein integrierter Entwurfsprozess unter Verwendung von Modellen, Simulationen und realen Prozess(teil)en sowie automatischer Codegenerierung.
Was versteht man unter dem Begriff Software-in-the-Loop (SiL)? Was sind die Vorteile von SiL?
SiL:
Was versteht man unter dem Begriff Hardware-in-the-Loop (HiL)? Was sind die Vorteile von HiL?
HiL:
Untersuchung eines Steuerungs-Prototypen auf der Zielhardware (vollständige Funktionsfähigkeit, Robustheit, Sicherheit)
Prozess wird auf einem Echtzeit-RCP-Rechner implementiert
Vorteile:
Funktionstests können automatisch durchgeführt werden
kritische Szenarien gezielt und risikoarm testen
Testverfahren ist kostengünstig, da kein Eingriff in realen Prozess
Vervollständigen Sie das V-Modell des Steuergeräte-Entwicklungsprozesses mit den (unsortiert vorgegebenen) Begriffen:
a. Rapid Control Prototyping (RCP)
b. Serien-Applikation
c. Serien-Codegenerierung
d. SiL-Simulation
e. Lastenheft-Definition
f. HiL-Simulation
g. Produktion
Ergänzen Sie das Schaubild zu den Kopplungen von Prozess und Elektronik:
a. HiL
b. realer Prozess
c. SiL
d. Prozess-Modell
e. reales Steuergerät (ECU)
f. RCP
g. Steuergeräte Modell
Erläutern Sie anhand des Schaubildes den Signalfluss durch ein digitales System. Welche Rolle spielen hier die Faltung und die Übertragungsfunktion?
Wie sieht ein typischer RCP-Aufbau zur Untersuchung einer digitalen Steuerung aus? Ergänzen Sie das Blockschaltbild.
Gegeben ist ein Versuchsaufbau für aktive akustische Systeme. Wie sollte man folgende Komponenten einstellen?
a. Filter
b. Mikrofonverstärker
c. Lautsprecherverstärker
Die Empfindlichkeit eines Mikrofons kann als linearer Übertragungsfaktor in mV/Pa oder logarithmisch in dBV/Pa angegeben werden. Die dB-Angabe bezieht sich auf eine Referenzempfindlichkeit von 1 V/Pa. Ein Mikrofon besitzt eine Empfindlichkeit von -27 dBV/Pa. Der Mikrofonvorverstärker ist auf eine Verstärkung von +20dB eingestellt.
a. Welche Mikrofonempfindlichkeit S in mV/Pa hat das Mikrofon? b. Welcher Umrechnungsfaktor X in V/Pa ist im Modell für das Gesamtsystem aus Mikrofon und Vorverstärker zu berücksichtigen?
Erläutern Sie anhand des Blockschaltbildes eines digitalen FIR-Filters, wie das Ausgangssignal 𝑦(𝑛) entsteht.
Was versteht man unter „Systemidentifikation“?
Beschriften Sie folgendes Blockschaltbild zur Systemidentifikation.
Erläutern Sie das LMS-Verfahren. Wie lautet die Kostenfunktion? Schreiben Sie die Gleichung zum Update der Filterkoeffizienten beim LMS-Verfahren an.
Wie kann die Schrittweite des LMS-Verfahrens normiert werden? Warum wird die Schrittweite normiert?
Ein System wurde auf drei verschiedene Weisen mit einem LMS-Algorithmus identifiziert. Erläutern Sie das zugehörige Schaubild und die drei Kurven.
Ergänzen Sie das Schaubild zum FxLMS. Erklären Sie die Größen. Aus welchen Komponenten besteht bei der aktiven Schallreduktion die Sekundärstrecke S?
Ergänzen Sie das Blockschaltbild zum FxLMS und zur Systemidentifikation. Erläutern Sie den Ablauf bei der aktiven Schallreduktion im Schallrohr anhand des Blockschaltbildes.
Gegeben ist das 1x2x2 kanalige ANC-System. Zeichnen Sie die Filterung des Referenzsignals im gelb hinterlegten Block „FxLMS“ ein.
Gegeben ist ein mehrkanaliges ANC-System (MIMO) für eine tonale Störung. Wie stellt sich di Sekundärübertragungsstreckenmatrix dar?
Welche beiden software-abhängigen Parameter, haben einen wichtigen Einfluss auf die Auswahl eines DSP?
Welche drei grundsätzlich verschiedenen Speichertypen gibt es in einem Digitalen Signal Prozessor (DSP) System?
Worin unterscheidet sich grundsätzlich der Algorithmus eines SISO-Systems bspw. SISO-FxLMS von dem eines MIMO-Systems bspw. MIMO-FxLMS?
Worin besteht der Unterschied zwischen Feedforward- und Feedback-FxLMS hinsichtlich der Referenz.
Worin unterscheiden sich unüberwachtes und überwachtes Lernen? Nennen Sie Beispiele für die beiden Lernverfahren.
Welches Ziel haben die KI-Algorithmen Klassifikation und Regression in der Audiosignalverarbeitung und wie müssen die Datensätze zum Trainieren der Algorithmen mittels überwachten Lernens aussehen?
Precision, Recall, F1-Score und Accuracy sind Evaluations-Metriken im maschinellen Lernen. Wie sind diese Metriken definiert?
Zeichnen Sie ein einschichtiges neuronales Netz mit fünf Knoten in der Eingabeschicht und drei Knoten in der Ausgabeschicht. Wie lautet die Gleichung zum Berechnen der Ausgabewerte? Wie viele Parameter hat dieses einschichtige neuronale Netz? Wie ändert sich die Anzahl der Parameter, wenn eine verborgene Schicht mit vier Knoten hinzugefügt wird?
Erklären Sie den Begriff „Backpropagation“ anhand eines mehrschichtigen neuronalen Netzes.
Wofür werden Aktivierungsfunktionen in Neuralen Netzen verwendet? Wie ist die Rectified Linear Unit (ReLU)-Aktivierungsfunktion definiert? Welche Vor- und Nachteile hat ReLU?
Warum werden die Daten in Trainings-, Validierungs- und Testdaten eingeteilt?
Welche Schichten beinhalten faltende neuronale Netzwerke und welche Aufgabe haben die einzelnen Schichten?
Welche Größe hat die Ausgabe einer Faltungsschichte mit 5x5 Eingabe und 3x3 Filter. Wie groß muss das Padding sein, damit die Ausgabe dieselbe Größe wie die Eingabe hat?
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