Systemtheorie und Modellierung für Mechatronik: Online-Quizzes und Übungen

Question 1

Welches der folgenden Modelle ist für ein mechatronisches System mit begrenzter Lebensdauer am treffendsten?

Accepted Answer

Stochastisches Modell

Answer

Lineares Modell erster Ordnung

Answer

Nichtlineares Modell zweiter Ordnung

Answer

Deterministisches Modell

Question 2

Welche Komponenten eines mechatronischen Systems liefern Eingabewerte?

Accepted Answer

Sensoren

Answer

Aktoren

Answer

Regler

Answer

Schnittstellen

Question 3

Welche Aussage zur Systemtheorie ist zutreffend?

Accepted Answer

Ein System besteht aus miteinander verbundenen Elementen.

Answer

Ein System ist immer statisch.

Answer

Die Eingaben eines Systems haben keinen Einfluss auf sein Verhalten.

Answer

Systeme können nicht hierarchisch organisiert sein.

Question 4

Welcher Systemtyp wird durch die Eingangs-Ausgangs-Beziehung y(t) = x(t) + v(t) beschrieben?

Accepted Answer

Lineares System

Answer

Nichtlineares System

Answer

Stochastisches System

Answer

Hybrides System

Question 5

Präzisiert: Welche der folgenden Aussagen trifft auf lineare, zeitinvariante Modelle zu?

Accepted Answer

Ihre Parameter sind zeitunabhängig.

Answer

Sie können auch zur Modellierung nichtlinearer Systeme verwendet werden.

Answer

Sie sind immer stabil.

Answer

Sie erfordern immer numerische Lösungsverfahren.

Question 6

Präzisiert: Welche Modellierungstechnik eignet sich am besten zur Beschreibung der Dynamik eines Roboters mit mehreren Freiheitsgraden?

Accepted Answer

Zustandsraumdarstellung

Answer

Transferfunktion

Answer

Blockdiagramm

Answer

Simulink-Modell

Question 7

Präzisiert: Welches der folgenden Systeme ist ein Beispiel für ein nichtlineares System?

Accepted Answer

Schaltkreis mit Diode

Answer

Feder-Masse-System

Answer

Elektromotor

Answer

Pneumatikzylinder

Question 8

Präzisiert: Welche der folgenden Aussagen beschreibt den Kernbereich der Systemtheorie?

Accepted Answer

Sie befasst sich mit der mathematischen Modellierung und Analyse komplexer Systeme.

Answer

Sie konzentriert sich ausschließlich auf die Steuerung von Systemen.

Answer

Sie ist nur für die Modellierung physikalischer Systeme anwendbar.

Answer

Sie ist eine rein theoretische Disziplin mit wenig praktischem Nutzen.

Question 9

Präzisiert: Welcher der folgenden Begriffe beschreibt die Reaktion eines linearen, zeitinvarianten Systems auf einen Eingang?

Accepted Answer

Impulsantwort

Answer

Übertragungsfunktion

Answer

Frequenzgang

Answer

Systemmatrix

Question 10

Präzisiert: Welche der folgenden Softwareprogramme ist im Bereich der Mechatronik weit verbreitet für Modellierung und Simulation?

Accepted Answer

MATLAB/Simulink

Answer

LabVIEW

Answer

CATIA

Answer

ANSYS

Question 11

Präzisiert: Welche der folgenden Annahmen trifft auf ein zeitdiskretes System zu?

Accepted Answer

Seine Zustände ändern sich in diskreten Zeitintervallen.

Answer

Seine Eingangssignale sind kontinuierlich.

Answer

Seine Ausgangssignale sind digital.

Answer

Es kann nicht mit analogen Systemen interagieren.

Question 12

Präzisiert: Welche der folgenden Aussagen trifft auf die Simulation mechatronischer Systeme zu?

Accepted Answer

Sie kann zur Vorhersage des Systemverhaltens unter verschiedenen Bedingungen verwendet werden.

Answer

Sie ersetzt immer experimentelle Tests.

Answer

Sie ist nur für lineare Systeme geeignet.

Answer

Sie liefert immer exakte Ergebnisse.

Question 13

Welcher Modellierungsansatz eignet sich am besten für ein mechatronisches System mit räumlich verteilten Parametern?

Accepted Answer

Partielle Differentialgleichungen (PDE)

Answer

Gewöhnliche Differentialgleichungen (ODE)

Answer

Zustandsraumdarstellung

Answer

Übertragungsfunktionen

Question 14

Welche Nichtlinearitäten treten häufig in mechatronischen Systemen auf und wie beeinflussen sie das Systemverhalten?

Accepted Answer

Reibung: Verringert die Dämpfung und kann Instabilitäten verursachen.

Accepted Answer

Totzone: Führt zu einem nichtlinearen Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang.

Accepted Answer

Sättigung: Begrenzt den Ausgang auf einen maximalen oder minimalen Wert.

Answer

Linearität: Führt zu einem proportionalen Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang.

Question 15

Welches Charakteristikum ist wesentlich für ein System?

Accepted Answer

Abgrenzung zur Umwelt

Answer

Zufälliges Verhalten

Answer

Perfekte Vorhersagbarkeit

Answer

Unveränderlichkeit über die Zeit

Question 16

Welcher Vorteil zeichnet die lineare Modellierung aus?

Accepted Answer

Mathematische Einfachheit und Effizienz

Answer

Unempfindlichkeit gegenüber Störungen

Answer

Anwendbarkeit auf jedes System

Answer

Hohe Genauigkeit in allen Szenarien

Question 17

Mit welcher Methode kann die Stabilität eines linearen Systems untersucht werden?

Accepted Answer

Eigenwertanalyse

Answer

Zeitbereichsanalyse

Answer

Nichtlineare Analyse

Answer

Simulation

Question 18

Welcher Algorithmus wird häufig für nichtlineare Systemsimulationen eingesetzt?

Accepted Answer

Runge-Kutta-Verfahren

Answer

Euler-Verfahren

Answer

Fourier-Transformation

Answer

Laplace-Transformation

Question 19

Was bedeutet "Modellidentifikation" im Kontext von Systemen?

Accepted Answer

Bestimmung der Modellparameter anhand von Messdaten

Answer

Überprüfung der Gültigkeit eines bestehenden Modells

Answer

Erstellung eines neuen Modells

Question 20

Was ist das zentrale Unterscheidungsmerkmal zwischen statischen und dynamischen Systemen?

Accepted Answer

Statische Systeme haben keinen Speichereffekt, während dynamische Systeme diesen besitzen

Answer

Dynamische Systeme lassen sich nur durch Simulation untersuchen

Answer

Statische Systeme sind ausschließlich linear

Answer

Dynamische Systeme sind immer nichtlinear

Question 21

Welche der folgenden Anwendungen ist ein Beispiel für ein mechatronisches System?

Accepted Answer

Roboterarm

Answer

Glühbirne

Answer

Elektromotor

Answer

Computer

Question 22

Welche der folgenden Methoden wird verwendet, um lineare Modelle von mechatronischen Systemen durch Identifikation zu ermitteln?

Accepted Answer

LSE (Methode der kleinsten Quadrate)

Answer

MLP (Mehrschicht-Perzeptron)

Answer

PSO (Partikelschwarmoptimierung)

Answer

SVM (Support-Vektor-Maschine)

Question 23

Was beschreibt die Systemtheorie?

Accepted Answer

Einen Rahmen für die Analyse und das Verständnis komplexer, dynamischer Systeme.

Answer

Eine spezifische Methode zur Modellierung von ausschließlich linearen Systemen.

Answer

Eine Technologie für die ausschließliche Anwendung auf technische Systeme.

Question 24

Welche Komponente ist KEIN wesentlicher Bestandteil eines mechatronischen Systems?

Accepted Answer

Data-Mining-Modul

Answer

Controller

Answer

Aktuator

Answer

Sensor

Question 25

Welches ist das Ziel der Nichtlinearitätskompensation in mechatronischen Systemen?

Accepted Answer

Erhaltung von Stabilität und Leistung unter nichtlinearen Betriebsbedingungen.

Answer

Erhöhung der Rechengeschwindigkeit.

Answer

Vereinfachung der Modellanalyse.

Question 26

Welche der folgenden Aussagen zur Zustandsraumdarstellung von Systemen trifft nicht zu?

Accepted Answer

Sie setzt keine Kenntnis der Systemstruktur voraus.

Answer

Sie ermöglicht die Vorhersage des Systemverhaltens im Zeitbereich.

Answer

Sie kann für lineare und nichtlineare Systeme verwendet werden.

Question 27

Was ist ein wesentlicher Aspekt der Eingangs-Ausgangs-Modellierung?

Accepted Answer

Die Fokussierung auf die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen.

Answer

Ihre Anwendbarkeit ausschließlich auf lineare Systeme.

Answer

Ihre zwingende Abhängigkeit von der Kenntnis der internen Systemstruktur.

Question 28

Was ist das Ziel der Kalman-Filterung?

Accepted Answer

Schätzung des Systemzustands aus verrauschten Messungen

Answer

Identifikation von Modellparametern

Answer

Kompensation von Nichtlinearitäten

Question 29

Welche Aussage zur Modellvalidierung ist unzutreffend?

Accepted Answer

Modellvalidierung kann immer die absolute Genauigkeit eines Modells garantieren.

Answer

Modellvalidierung kann zu Modellanpassungen führen.

Answer

Modellvalidierung beinhaltet den Vergleich von Modellvorhersagen mit experimentellen Daten.

Question 30

Welche Gleichung beschreibt das Verhalten eines linearen Einmassensystems?

Accepted Answer

m * d²x/dt² + b * dx/dt + k * x = F(t)

Answer

m * d⁴x/dt⁴ + b * d³x/dt³ + k * d²x/dt² = F(t)

Answer

m * d²x/dt² + b * dx/dt + k * x² = F(t)

Answer

m * d³x/dt³ + b * d²x/dt² + k * dx/dt = F(t)

Question 31

Welche Aussage zur nichtlinearen Modellierung ist korrekt?

Accepted Answer

Nichtlineare Modelle können komplex und oft analytisch nicht lösbar sein.

Answer

Nichtlineare Modelle sind immer genauer als lineare Modelle.

Answer

Nichtlineare Systeme sind immer instabil.

Question 32

Welche Aussage zur Modellvalidierung ist korrekt?

Accepted Answer

Modellvalidierung ist ein iterativer Prozess.

Answer

Modellvalidierung ist nur für komplexe Systeme notwendig.

Answer

Modellvalidierung kann nur durchgeführt werden, wenn das System vollständig bekannt ist.

Answer

Modellvalidierung garantiert immer die Richtigkeit des Modells.

Question 33

Welche Analysemethode kann zur Bestimmung des Frequenzgangs eines linearen Systems verwendet werden?

Accepted Answer

Frequenzganganalyse

Answer

Nichtlineare Analyse

Answer

Polynomwurzelbestimmung

Answer

Laplace-Transformation

Question 34

Welche Aussage zur Verwendung von Modellen in der Mechatronik ist korrekt?

Accepted Answer

Modelle ermöglichen die Simulation und Analyse von Systemen vor ihrer Implementierung.

Answer

Modelle sind immer perfekte Abbilder der Realität.

Answer

Modelle können nur für lineare Systeme verwendet werden.

Question 35

Welcher Aspekt ist ein zentrales Merkmal der Systemtheorie?

Accepted Answer

Analyse von Beziehungen und Wechselwirkungen

Answer

Fokus auf isolierte Komponenten

Answer

Vereinfachung komplexer Systeme durch lineare Modelle

Answer

Betrachtung von Systemen isoliert von ihrer Umgebung

Question 36

Welches Kriterium ist entscheidend für die Bestimmung der Stabilität eines nichtlinearen Systems?

Accepted Answer

Lyapunov-Stabilität

Answer

Bode-Diagramm

Answer

Pol-Nullstellen-Karte

Answer

Frequenzanalyse

Question 37

Welches Kriterium ist entscheidend für die Auswahl eines geeigneten Steuergesetzes?

Accepted Answer

Systemspezifikationen

Answer

Implementierungskosten

Answer

Verfügbarkeit von Sensoren

Answer

Erfahrung des Steuerungsingenieurs

Question 38

Welche Art von Rückkopplung führt tendenziell zu einem stabileren System?

Accepted Answer

Negative Rückkopplung

Answer

Verzögerte Rückkopplung

Answer

Offene Rückkopplung

Answer

Positive Rückkopplung

Question 39

Welches Grundprinzip der Systemtheorie besagt, dass das Verhalten eines Systems nicht auf die Summe seiner Einzelteile reduziert werden kann?

Accepted Answer

Ganzheitlichkeit

Answer

Reduktionismus

Answer

Determinismus

Answer

Stochastik

Question 40

Welche Modellierungsart wird für die Darstellung der statischen Beziehungen zwischen Variablen innerhalb eines Systems verwendet?

Accepted Answer

Strukturelles Modell

Answer

Simulationsmodell

Answer

Mathematisches Modell

Answer

Verhaltensmodell

Question 41

Welche mathematische Transformation wird verwendet, um die Übertragungsfunktion eines linearen Systems zu bestimmen?

Accepted Answer

Laplace-Transformation

Answer

Fourier-Transformation

Answer

Hilbert-Transformation

Answer

Z-Transformation

Question 42

Welche Eigenschaft unterscheidet ein nichtlineares System von einem linearen System?

Accepted Answer

Die Ausgangsgröße ist nicht proportional zur Eingangsgröße.

Answer

Das System kann durch eine konstante Übertragungsfunktion beschrieben werden.

Answer

Das System verhält sich immer stabil.

Question 43

Welche Modellierungsmethode wird verwendet, um ein System zu beschreiben, dessen Parameter räumlich verteilt sind?

Accepted Answer

Partielle Differentialgleichungen

Answer

Transferfunktionen

Answer

Algebraische Gleichungen

Answer

Gewöhnliche Differentialgleichungen

Question 44

Welches Attribut beschreibt die Fähigkeit eines Systems, Störungen und Unsicherheiten zu widerstehen?

Accepted Answer

Robustheit

Answer

Stabilität

Answer

Optimalität

Answer

Linearität

Question 45

Welche Art von Modell wird verwendet, um das zeitliche Verhalten eines Systems vorherzusagen?

Accepted Answer

Dynamisches Modell

Answer

Strukturelles Modell

Answer

Statisches Modell

Answer

Verhaltensmodell

Question 46

Welcher Vorteil der Systemtheorie ist besonders relevant für die Modellierung komplexer mechatronischer Systeme?

Accepted Answer

Sie ermöglicht die strukturierte Analyse von Systemen durch die Zerlegung in Teilsysteme und die Berücksichtigung von Wechselwirkungen.

Answer

Sie vereinfacht die Modellierung, indem sie nichtlineare Effekte ignoriert.

Answer

Sie erfordert keine Kenntnisse über die physikalischen Grundlagen des Systems.

Question 47

Welche Eigenschaft charakterisiert lineare Systeme?

Accepted Answer

Das Superpositionsprinzip gilt.

Answer

Das Systemverhalten ist stark von der Anfangsbedingung abhängig.

Answer

Die Systemantwort ist nicht proportional zum Eingang.

Answer

Die Systemantwort ist zeitabhängig.

Question 48

Welche Methode ist am besten geeignet, um ein nichtlineares System für Analysezwecke zu vereinfachen?

Accepted Answer

Linearisierung um einen Arbeitspunkt

Answer

Erstellung eines nichtlinearen Zustandsraummodells

Answer

Ignorieren der nichtlinearen Terme

Answer

Verwendung eines statischen Modells

Question 49

Eine Übertragungsfunktion beschreibt die Beziehung zwischen welchem Eingangs- und Ausgangssignal eines Systems?

Accepted Answer

Eingangs- und Ausgangssignal im Frequenzbereich

Answer

Zustands- und Ausgangssignal

Answer

Eingangs- und Ausgangssignal im Zeitbereich

Question 50

Welcher Parameter einer Übertragungsfunktion beeinflusst das Verhalten des Systems bei hohen Frequenzen?

Accepted Answer

Polstellen

Answer

Zeitkonstante

Answer

Nullstellen

Answer

Verstärkung

Question 51

Welche Methode wird häufig verwendet, um Systemparameter zu identifizieren?

Accepted Answer

Systemidentifikation

Answer

Simulation

Answer

Analyse

Answer

Optimierung

Question 52

Welche Eigenschaft ist NICHT charakteristisch für ein mechatronisches System?

Accepted Answer

Isolierte Funktionsweise der einzelnen Komponenten

Answer

Komplexes Verhalten und Interaktionen zwischen den Komponenten

Answer

Einsatz von Regelungs- und Steuerungstechnik

Answer

Integration von mechanischen, elektrischen und elektronischen Komponenten

Question 53

Welche Modellierungstechnik eignet sich besonders gut für die Simulation komplexer mechatronischer Systeme?

Accepted Answer

Modellbasierte Entwicklung

Answer

Experimentelle Analyse

Answer

Vereinfachte Blockdiagramme

Answer

Handberechnung

Question 54

Welche Komponente gehört NICHT zu den typischen Bestandteilen eines mechatronischen Systems?

Accepted Answer

Biologische Komponenten

Answer

Softwarekomponenten

Answer

Mechanische Komponenten

Answer

Elektrische Komponenten

Question 55

Was beschreibt die Linearisierung eines nichtlinearen Modells?

Accepted Answer

Erstellen einer linearen Näherung des Modells um einen Betriebspunkt

Answer

Erstellen eines komplexeren, nichtlinearen Modells

Answer

Erstellen einer exakten linearen Darstellung des Modells

Question 56

Welches Verhalten im Zeitbereich zeigt ein System mit einer Übertragungsfunktion zweiter Ordnung?

Accepted Answer

Schwingendes Verhalten mit Abklingzeit

Answer

Schwingendes Verhalten ohne Abklingzeit

Answer

Monotones exponentielles Verhalten

Answer

Lineares Verhalten mit konstanter Steigung

Question 57

Welche Methode ist KEINE gängige Methode zur Analyse eines linearen Systems im Frequenzbereich?

Accepted Answer

Zeitbereichsanalyse

Answer

Nyquist-Diagramm

Answer

Pol-Nullstellen-Diagramm

Answer

Bode-Diagramm

Question 58

Was ist die Hauptfunktion eines Reglers in einem Regelkreis?

Accepted Answer

Steuerung des Systems, um einen gewünschten Sollwert zu erreichen

Answer

Messung der Systemparameter

Answer

Umsetzung der Systemsteuerung

Question 59

Ein Feedback-System ist charakterisiert durch:

Accepted Answer

Die Verwendung des Ausgangssignals zur Anpassung des Eingangssignals

Answer

Die Verwendung offener Schleifen

Answer

Die Verwendung von festen Sollwerten

Question 60

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Hauptaufgabe der Systemidentifikation?

Accepted Answer

Bestimmung eines mathematischen Modells, das das Verhalten eines realen Systems repräsentiert

Answer

Analyse der Systemstabilität

Answer

Design des Reglers für das System