Teil A - Zeitkontinuierliche Signale und Systeme > Teil A - Zeitkontinuierliche Signale und Systeme > Einführung > 

Teil A - Zeitkontinuierliche Signale und Systeme

Einführung

Steigende Anforderungen an die Produktqualität und immer kürzer werdende Entwicklungszeiten erfordern stetige Verbesserungen im Produktentstehungsprozess. Eine Schlüsselrolle kommt dabei der Systembeschreibung und der Systemsimulation zu. Systemsimulationen lassen sich erheblich schneller und reproduzierbarer umsetzen als der Aufbau von Musterteilen. Aus diesem Grund steigt in der Produktentwicklung der Anteil von Simulationsaufgaben an. Ingenieure benötigen damit ein interdisziplinäres Systemverständnis, mit dem komplexe Systeme erfasst, beschrieben und simuliert werden können.

Unter einem System wird die Abstraktion eines Prozesses oder Gebildes verstanden, das mehrere Signale zueinander in Verbindung setzt. Systeme sind dabei oft interdisziplinär, sie erstrecken sich über mehrere Fachrichtungen. Einige dieser Systeme lassen sich direkt mit algebraischen Gleichungen beschreiben. Ein Beispiel für ein solches System ist ein Spannungsteiler, bei dem sich Ausgangsspannung direkt aus der Eingangsspannung und dem Widerstandsverhältnis ergibt. Oftmals finden bei praktischen Anwendungen aber Einschwingvorgänge statt. Sie ergeben sich aus Energiespeichern, deren Zustand sich durch eine Anregung zeitabhängig ändert. Ein Beispiel für ein System mit Energiespeicher ist ein Kondensator, der über einen Widerstand aufgeladen wird. Die Ausgangsspannung des Kondensators ist zeitabhängig. Systeme mit Energiespeichern werden als dynamische Systeme bezeichnet. Andere bekannte Beispiele für dynamische Systeme sind Pendelbewegungen, das Verhalten elektrischer Schaltungen mit Kondensatoren und Spulen sowie thermische und chemische Prozesse. Es wird sich zeigen, dass die Systembeschreibung bei dynamischen Systemen aus einer oder mehreren Differentialgleichungen besteht.

Die Systemtheorie liefert eine Theorie zur einheitlichen Beschreibung von dynamischen Systemen, die sehr unterschiedlicher Natur sein können. Insbesondere für regelungstechnische Anwendungen ist die Systemtheorie damit eine wesentliche Voraussetzung, da sie Systeme in einer einheitlichen Weise beschreibt. Weitere Anwendungen in der Ingenieurwissenschaft sind die Automatisierungstechnik, Nachrichtentechnik, Messtechnik, Verfahrenstechnik, Informatik sowie die klassische Elektrotechnik. In aller Regel werden abstrakte Systembeschreibungen mit Verzicht auf das Detail eingesetzt. Teilweise werden die Systembeschreibungen durch detaillierte Modelle kritischer Teilsysteme ergänzt. Durch die abstrakte Beschreibungsform bleibt der Überblick über das System erhalten.