3.2 Eingabe – Schnittstelle zwischen physischer und Cyber-Welt
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kann entweder direkt durch Digital-Analog-Wandler (DACs) oder indirekt über eine
Pulsbreitenmodulation erfolgen.
Für die vorherrschende elektronische Datenverarbeitung benötigen wir elektrische Energie. Hierfür wird eine Energiequelle benötigt. Sofern unsere Energiequelle
nicht permanent Energie bereitstellt, wird ein Energiespeicher benötigt, beispielsweise in Form aufladbarer Batterien oder Kondensatoren. Während des Betriebs
wird ein großer Teil der elektrischen Energie in Wärme- oder thermische Energie
(Hitze) gewandelt werden. Es kann erforderlich sein, die Wärme abzuführen, z.B.
über Kühlkörper oder Lüfter.
Offenbar ist das Modell in Abb. 3.2 für Regelungsanwendungen geeignet. Für
andere Arten von Anwendungen kann es als eine erste Näherung genutzt werden. Im
Folgenden beschreiben wir wichtige Hardwarekomponenten cyber-physikalischer
Systeme entsprechend der Schleifenstruktur von Abb. 3.2.
3.2 Eingabe – Schnittstelle zwischen physischer und Cyber-Welt
3.2.1 Sensoren
Sensoren sind wesentlicher Teil des CyPhy-Interfaces. Sensoren können für fast jede
existierende physikalische Größe entworfen werden. So gibt es z.B. Sensoren für
Masse, Geschwindigkeit, Beschleunigung, elektrischen Strom, Spannung, Temperatur usw. Beim Bau von Sensoren kann dabei eine große Vielfalt von physikalischen
Effekten ausgenutzt werden [151]. Dazu zählen das Induktionsgesetz (Erzeugung
von Spannungen in einem elektrischen Feld) und photoelektrische Effekte. Zudem
existieren auch Sensoren für chemische Substanzen [152].
In den vergangenen Jahren wurde eine große Anzahl an Sensorarten entwickelt.
Ein großer Teil der Fortschritte beim Entwurf intelligenter Systeme ist der modernen
Sensortechnologie zu verdanken. Die Verfügbarkeit von Sensoren ermöglichte den
Entwurf von Sensornetzwerken, einem Schlüsselelement des Internets der Dinge
(siehe beispielsweise Tiwari [542]). Es ist unmöglich, diese Teilmenge der Technologie cyber-physikalischer Systeme umfassend zu beschreiben. Wir stellen daher
hier nur einige typische Beispiele dar:
• Beschleunigungssensoren: Abb. 3.3 zeigt einen kleinen Sensor, der mit Hilfe
der Mikrosystemtechnologie gefertigt wurde. In seiner Mitte enthält dieser Sensor
eine kleine Masse. Wenn er beschleunigt wird, entfernt sich die Masse von ihrer
Ursprungslage und verändert dabei den Widerstand der kleinen Drähte, die mit
der Masse verbunden sind.
Beschleunigungssensoren sind u.a. in den leistungsfähigen sogenannten inertialen Messeinheiten (engl. Inertial Measurement Units (IMUs)) enthalten (siehe
z.B. Siciliano et al. [487], Abschnitt 20.4). Sie enthalten Kreisel und Beschleunigungssensoren und können bis zu sechs Freiheitsgrade messen, darunter die
aktuelle Position (x, y, und z) wie auch die Orientierung (Roll-, Nick- und Gier-
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kann entweder direkt durch Digital-Analog-Wandler (DACs) oder indirekt über eine
Pulsbreitenmodulation erfolgen.
Für die vorherrschende elektronische Datenverarbeitung benötigen wir elektrische Energie. Hierfür wird eine Energiequelle benötigt. Sofern unsere Energiequelle
nicht permanent Energie bereitstellt, wird ein Energiespeicher benötigt, beispielsweise in Form aufladbarer Batterien oder Kondensatoren. Während des Betriebs
wird ein großer Teil der elektrischen Energie in Wärme- oder thermische Energie
(Hitze) gewandelt werden. Es kann erforderlich sein, die Wärme abzuführen, z.B.
über Kühlkörper oder Lüfter.
Offenbar ist das Modell in Abb. 3.2 für Regelungsanwendungen geeignet. Für
andere Arten von Anwendungen kann es als eine erste Näherung genutzt werden. Im
Folgenden beschreiben wir wichtige Hardwarekomponenten cyber-physikalischer
Systeme entsprechend der Schleifenstruktur von Abb. 3.2.
3.2 Eingabe – Schnittstelle zwischen physischer und Cyber-Welt
3.2.1 Sensoren
Sensoren sind wesentlicher Teil des CyPhy-Interfaces. Sensoren können für fast jede
existierende physikalische Größe entworfen werden. So gibt es z.B. Sensoren für
Masse, Geschwindigkeit, Beschleunigung, elektrischen Strom, Spannung, Temperatur usw. Beim Bau von Sensoren kann dabei eine große Vielfalt von physikalischen
Effekten ausgenutzt werden [151]. Dazu zählen das Induktionsgesetz (Erzeugung
von Spannungen in einem elektrischen Feld) und photoelektrische Effekte. Zudem
existieren auch Sensoren für chemische Substanzen [152].
In den vergangenen Jahren wurde eine große Anzahl an Sensorarten entwickelt.
Ein großer Teil der Fortschritte beim Entwurf intelligenter Systeme ist der modernen
Sensortechnologie zu verdanken. Die Verfügbarkeit von Sensoren ermöglichte den
Entwurf von Sensornetzwerken, einem Schlüsselelement des Internets der Dinge
(siehe beispielsweise Tiwari [542]). Es ist unmöglich, diese Teilmenge der Technologie cyber-physikalischer Systeme umfassend zu beschreiben. Wir stellen daher
hier nur einige typische Beispiele dar:
• Beschleunigungssensoren: Abb. 3.3 zeigt einen kleinen Sensor, der mit Hilfe
der Mikrosystemtechnologie gefertigt wurde. In seiner Mitte enthält dieser Sensor
eine kleine Masse. Wenn er beschleunigt wird, entfernt sich die Masse von ihrer
Ursprungslage und verändert dabei den Widerstand der kleinen Drähte, die mit
der Masse verbunden sind.
Beschleunigungssensoren sind u.a. in den leistungsfähigen sogenannten inertialen Messeinheiten (engl. Inertial Measurement Units (IMUs)) enthalten (siehe
z.B. Siciliano et al. [487], Abschnitt 20.4). Sie enthalten Kreisel und Beschleunigungssensoren und können bis zu sechs Freiheitsgrade messen, darunter die
aktuelle Position (x, y, und z) wie auch die Orientierung (Roll-, Nick- und Gier-