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Studienschwerpunkt Automatisierungstechnik

Die Automatisierungstechnik befasst sich mit Verfahren zur selbstständigen Steuerung technischer Anlagen. Diese Zielsetzung findet sich in vielen Bereichen, beispielsweise bei der Steuerung von Elektroenergienetzen, der Regelung und Optimierung verfahrenstechnischer Anlagen, der Überwachung und Steuerung von Fahrzeugströmen in der Verkehrstechnik, der Steuerung von Robotern und Fertigungszellen, der Überwachung medizinischer Geräte oder in der Gebäudeautomatisierung. Die Automatisierungstechnik trägt damit entscheidend zum sicheren, ökonomischen und umweltschonenden Betrieb von Geräten und Anlagen bei, wie Autopiloten bei Flugzeugen, die Motorsteuerung und Antiblockiersysteme in Kraftfahrzeugen oder die Regelung der häuslichen Heizungsanlage zeigen.

Ausbildungsziel

Ziel dieses Studienschwerpunktes ist die Ausbildung von Absolventen der Elektrotechnik und Informationstechnik, die die vielfältigen Verfahren und Methoden der Automatisierungstechnik kennen und aus diesen die für die betrachtete Anwendung zweckmäßigen auswählen und einsetzen können. Den Absolventen dieses Studienschwerpunktes bietet sich ein weites Einsatzgebiet in vielen Industriezweigen, sowie in Gebieten der Medizin oder der Umwelttechnik.

Automatisierungstechniker greifen auf Verfahren der technischen Informatik für die Gestaltung zweckmäßiger Rechnerarchitekturen und für die Echtzeitprogrammierung der Steuerungsalgorithmen sowie auf Methoden der Kommunikationstechnik für die Signalverarbeitung und -übertragung zurück, was den interdisziplinären Charakter dieses Studienschwerpunktes verdeutlicht.

Die Ausbildungsziele lassen sich in vier Gruppen zusammenfassen:

  • Systemdenken: Modellbildung dynamischer Systeme, Zerlegungs- und Analysemethoden
  • Methoden der Automatisierungstechnik: Regelung, Steuerung, Prozessüberwachung, Fehlerdiagnose, Optimierung
  • Automatisierungsgeräte: Verständnis für den gerätetechnischen Hintergrund der zu automatisierenden Systeme und der für die Automatisierung eingesetzten Hardware und Software einschließlich rechnergestützter Entwurfs- und Inbetriebnahmehilfsmittel
  • Anwendungsgebiete: Spezifika der Automatisierung von Systemen aus unterschiedlichen Anwendungsgebieten.

Voraussetzungen

Der Schwerpunkt baut auf folgenden Fächern aus dem Bachelorstudium auf:

141 003 Automatisierungstechnik 4 SWS Fay WS
141 203 Nachrichtentechnik 4 SWS Sezgin WS

Auf Wunsch können diese Fächer als Wahlpflichtfächer nachgeholt werden.

Die Fächer des Studienschwerpunktes

Pflichtfächer

Methoden der Automatisierungstechnik
141 217 Optimierung in der Informationstechnik 4 SWS Sezgin SS
141 007 Systemdynamik und Reglerentwurf 4 SWS Wölfel WS
141 006 Mehrgrößensysteme und digitale Regelung 4 SWS Wölfel SS
Systemtheoretische und informationstechnische Grundlagen
141 042 Digitale Signalverarbeitung 4 SWS Alameer Ahmad WS
141 215 Funkkommunikation 4 SWS Ochs WS
141 016 Prozessautomatisierung* 4 SWS Fay / Wölfel SS
* Das bisherige Pflichtfach "Künstliche Intelligenz für Ingenieure" wird ab SS 2023 durch die LV Prozessautomatisierung" ersetzt. Diese Veranstaltung wird ab dem SS 2023 mit 4 SWS (5 LP) als Vorlesung mit Praxisübung angeboten.


Wahlpflichtfächer

Methoden
141 042 Ablaufsteuerungen: Entwurf und Realisierung 4 SWS Fay SS
212 006 Artificial neural networks 2 SWS Cheng (NI) WS
141 213 Fundamentals of data science 4 SWS Sezgin SS
141 210 Lineare zeitvariante Systeme: Methoden und Anwendungen 3 SWS Ochs SS
141 068 Messverfahren und Sensoren 3 SWS Baer SS
Anwendungsgebiete
Energietechnik
141 083 Elektrische Antriebe 4 SWS Staudt WS
141 088 Geregelte leistungselektronische Stellglieder 4 SWS Staudt SS
Fahrzeugtechnik
141 069 Kognitive Sensorik 3 SWS Brüggenwirth (extern) WS
Fertigungstechnik
136 460 Fertigungsautomatisierung 4 SWS Kuhlenkötter (MB) SS
137 460 Vernetzte Produktionssysteme 4 SWS Prinz (MB) WS
Medizintechnik
209 800 Biomedizinische Funktionssysteme I 3 SWS Hexamer WS
Robotertechnik (** LV der Technischen Universität Dortmund)
211 048 Autonomous Robotics: Action, Perception and Cognition 3 SWS Schöner (NI) SS
212 501 Machine Learning: Unsupervised Methods (with Problem Based Learning) 4 SWS Wiskott (NI) WS
140 005 Automotive Systems** 3 SWS Bertram (TU Do) SS
140 005 Automated Driving** 3 SWS Schauten (TU Do) WS
140 005 Datenbasierte Modellierung und Optimierung** 3 SWS Hoffmann (TU Do) WS
140 005 Learning in Robotics** 3 SWS Hoffmann (TU Do) SS
140 005 Mobile Roboter** 3 SWS Hoffmann (TU Do) SS
140 005 Modellierung und Regelung von Robotern** 3 SWS Hoffmann (TU Do) WS
140 005 Nichtlineare Systeme und adaptive Regelung** 3 SWS Bertram (TU Do) WS
140 005 Regelungstechnische Modellierung und Identifikation** 3 SWS Bertram (TU Do) WS
140 005 Scientific Programming with Matlab in Engineering** 3 SWS Hoffmann (TU Do) WS
Verfahrenstechnik
137 040 Embedded Systems* 4 SWS Mönnigmann (MB) WS
139 070 Modellierung und Entwurf systemdynamischer Systeme* 4 SWS Leonow (MB) WS
137 270 Prozessführung und Optimalsteuerung* 4 SWS Mönnigmann (MB) WS

* Teilnahme nach der Maßgabe freier Plätze.

In Absprache mit dem Schwerpunktkoordinator können weitere Fächer als Wahlpflichtfach anerkannt werden. Dies gilt insbesondere für Fächer aus den anderen ingenieurwissenschaftlichen Fakultäten und von der TU Dortmund.

Praktische Fächer

(wahlweise 1 Praktikum und 1 Seminar)
Master-Seminare
143204 Algorithmen der Signalverarbeitung 3 SWS Sezgin WS
143081 Energiesystemtechnik 3 SWS Sourkounis SS
143160 Informationstechnik und Kommunikationsakustik 3 SWS Martin SS
143220 Medizintechnik 3 SWS Schmitz SS
143203 Memristive Systeme für Neuromorphe Schaltungen 3 SWS Ochs SS
143121 Mobilkommunikation 3 SWS Vogt WS
143000 Moderne Verfahren der Regelungstechnik 3 SWS Wölfel SS
Master-Praktika
142001 Automatisierungstechnik 3 SWS Wölfel SS
310536 Autonomous Robotics 2 SWS Schöner (NI) WS
202620 Biomedizinische Messtechnik 2 SWS Hexamer SS
142081 Kommunikationssysteme I 3 SWS Sezgin SS
142081 Leistungselektronik und Energiesystemtechnik 3 SWS Sourkounis WS
142220 Medizintechnik 3 SWS Schmitz WS
142062 Mess- und Regelschaltungen mit Mikrocontrollern 3 SWS Musch SS
Master-Projekte
142002 Systemtechnik 3 SWS Wölfel SS
142182 Zeitvariante Übertragungssysteme 3 SWS Ochs SS

 

Die Pflichtfächer des Studienschwerpunktes im Einzelnen

Systemdynamik und Reglerentwurf
Dr.-Ing. C. Wölfel

Inhalt:

  • Beschreibung und Verhalten linearer kontinuierlicher Systeme: Zeitbereich u. Frequenzbereich
  • Stabilitätsanalyse rückgekoppelter Systeme
  • Reglerentwurfsverfahren für einschleifige Regelungen

Angeboten im: WS

Mehrgrößensysteme und digitale Regelung
Dr.-Ing. C. Wölfel

Inhalt:

  • Beschreibung und Verhalten von Mehrgrößensystemen: Zeitbereich und Frequenzbereich
  • Modellreduktion
  • Einstellregeln für Mehrgrößensysteme
  • Entwurf von Mehrgrößenregelungen (Polverschiebung, LQR)
  • Entwurf von Mehrgrößenbeobachtern
  • zeitdiskrete Regelungssysteme
  • Entwurf von Abtastreglern

Angeboten im: SS

Prozessautomatisierung
Prof. Dr.-Ing. A. Fay und Dr.-Ing. C. Wölfel

Inhalt:

  • Prozessleittechnik: Darstellung, Einrichtungen, Aufgaben
  • Prozessleitsysteme: Darstellung, Aufbau, Aufgaben
  • Technische Realisierung von Steuerungen: Vernetzte Steuerungen
  • Prozessvisualisierung und Informationsübermittlung und Informationsmodelle für Prozesse und Anlagen
  • Praxisorientierte Übungen: SPS, LabVIEW, Inbetriebnahme am Beispiel einer verfahrenstechnischen Anlage, Modellierung und Regelung kleinerer Anlagen

Angeboten im: SS

Funk-Kommunikation
Priv.-Doz. Dr.-Ing. K. Ochs

Inhalt:

  • Mobilfunkkanal:
    Lineares zeitvariantes System, Zeitdiskretes Basisbandmodell, Kenngrößen bei einem Kanal mit Mehrwegeausbreitung, Rayleigh-, Rice-Kanal;
  • Diversität bei einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikation:
    Zeitdiversität, Antennendiversität, Frequenzdiversität;
  • Kapazität von Mobilfunkkanälen:
    Kapazität eines AWGN-Kanals, Lineare zeitinvariante Gauß-Kanäle, Ausfallwahrscheinlichkeit und Kapazität
  • Mehrgrößensysteme (MIMO):
    Übertragung basierend auf einer Singulärwertzerlegung, Empfänger-Architekturen, MIMO-Kanal mit langsamem Schwund, Diversität-Multiplex-Kompromiss

Angeboten im: WS

Optimierung in der Informationstechnologie
Prof. Dr.-Ing. A. Sezgin

Inhalt:

  • Lineare Algebra & Optimierung
  • Wahrscheinlichkeitstheorie
  • Informationsmaße
  • Kanäle
  • Kapazität von diskreten gedächtnislosen Kanälen
  • Gauss-Kanäle
  • Freiheitsgrade
  • Sicherheit in der Kommunikation

Angeboten im: SS

Digitale Signalverarbeitung
Dr.-Ing. Alaa Alameer Ahmad

Inhalt:

  • Zeitdiskrete und digitale Signale (reell, komplex)
  • Eigenschaften diskreter Signale und Systeme im Zeit- und Frequenzbereich
  • Abtasttheoreme für reelle und komplexe Tiefpasssignale
  • z-Transformation: Existenz, Eigenschaften, Stabilität digitaler Systeme
  • Zeitdiskrete und Diskrete Fourier-Transformation: Eigenschaften, Beziehungen zu anderen Transformationen
  • Deterministische Spektralanalyse: DFT-Analyse periodischer Signale, Gebrauch von Fensterfunktionen
  • Übertragungsfunktion: Pol-/Nullstellen-Darstellung, Frequenzgang
  • Realisierbarkeitsbedingungen für digitale Systeme
  • Entwurf rekursiver Filter
  • Entwurf linearphasiger FIR-Filter
  • Strukturen digitaler Filter: Kanonische rekursive (IIR) und nichtrekursive (FIR) Strukturen
  • Merkmale und Einsatz digitaler Signalprozessoren

Angeboten im: WS