Fehlertoleranz bei mechatronischen Systemen

ZusammenfassungBei mechatronischen Systemen werden rein mechanische, hydraulische oder pneumatische Komponenten durch elektrische und elektronische Komponenten ergänzt oder ersetzt. Sie bieten dadurch einen flexibel gestaltbaren und erweiterten Funktionsumfang. Wegen des im Vergleich zur Mechanik anderen Ausfallverhaltens für Sensorik, Elektronik, Aktoren und Software sind besonders für sicherheitskritische Anwendungen jedoch fehlertolerante Auslegungen erforderlich. In einer Einführung wird zunächst auf den Stand von fehlertoleranten Systemen eingegangen. Dann werden einige grundsätzliche fehlertolerante Strukturen mit Hardware- und analytischer Redundanz für Sensoren, Aktoren, Elektronik und Software angegeben und deren Degradationsverhalten beschrieben. Als Beispiele werden verschiedene realisierte und prototypische, fehlertolerante Systeme gezeigt, wie z. B. fehlertolerante elektrische Antriebe, elektrische und hydraulische Aktoren und Sensorsysteme für mechanische Messgrößen. Dabei werden die jeweilige Fehlererkennung und die Rekonfiguration beschrieben. Diese ermöglichen es, die Funktion nach dem Auftreten von Fehlern mit nur kleinen Störungen des Betriebes aufrecht zu erhalten.AbstractMechatronic systems are characterized by replacing mechanical, hydraulic or pneumatic components by electrical and electronic components and programmed controlled functions. They offer a relatively flexible design with extended functions. However, the failure behaviour of sensors, electronics, actuators and software is disadvantageous compared to the failure behaviour of pure mechanics. An introduction first considers the status of fault-tolerant systems with mobile applications and computers. Some basic fault-tolerant structures with hardware and analytical redundancy for sensors, actuators, electronics and software are described including their degradation behaviour. Then, some examples of realized, fault-tolerant systems are considered as, e. g., fault-tolerant electrical drives, electrical and hydraulic actuators, and sensor systems for mechanical quantities. The applied fault-detection methods and the reconfiguration are described. Herewith is it shown how the function can be maintained with only small disturbances of the operation after appearance of faults.