Bücher der Reihe Vieweg Programmbibliothek Mikrocomputer

Im schulischen Bereich und in der Projektierung von Industrie­ anlagen werden in zunehmendem Maße Personal-Computer (PCs) zur Lösung von Aufgaben der Regeltechnik eingesetzt. In diesem Beitrag werden zwei BASIC-Programme (MS-BASIC) vorge­ stellt, die sich besonders zur Optimierung linearer, einschlei­ figer Regelkreise eignen, bei denen die Parameter der Regel­ strecke bekannt sind. Die Programme sind für den Sirius-Rechner geschrieben, da er mit 400 x 800 Bildpunkten eine sehr gute Auflösung bietet. De­ finiert man die zu Anfang der Programme aufgeführten Graphik­ Befehle auf einen anderen Rechner bezogen, so sind sie dort auch lauffähig. Vergleichbare Veröffentlichungen sind von /1/, /2/ und /3/ erschienen. Vorteil des PC-Einsatzes ist die anschauliche Darstellung von Parameter-Einflüssen auf die Regelung mit Hilfe der Bildschirm­ Graphik. So wird eine optimale Einstellung des Reglers auf die Regelstrecke möglich. Die hier zugrunde liegende Stabilitätsbetrachtung geht von dem vereinfachten Stabilitäts-Kriterium nach Nyquist /4/ aus. Es kann vom Anwender als Nyquist- oder Bode-Diagramm in hochauf­ lösender Graphik ausgewertet werden. Die Anwendung der Programme als komplette Diskette /5/ erfordert keine besonderen Programmier-Kenntnisse, da der Systemstart und das Laden aller Routinen (GRAFIX; MS-BASIC ..¿ ) automatisch er­ folgt. Alle Ergebnisse lassen sich auf den üblichen Speichermedien ab­ legen bzw. plotten oder ausdrucken. 2 Stabilitätsuntersuchung 2 Stabilität nach Nyquist Ein einschleifiger Regelkreis stellt eine Wirkungskette von Regler und Regelstrecke mit Rückkopplung dar. Er ist folglich auf Stabilität zu untersuchen. Das allgemein bekannte vereinfachte Stabilitäts-Kriterium nach NYQuist liefert für die meisten technischrealisierbaren linea­ ren Regelungen eine hinreichende Stabilitäts-Bedingung.

Simulanten sind uns als Menschen bekannt, die durch "vorgespielte" Symptome den Eindruck erwecken wollen, an einer bestimmten Krankheit zu leiden. Der Simulant besitztdaherdas wichtigste Merkmal für den naturwissenschaftlichen Begriff Simulation, bei dem ebenfalls in Modellspielen mit einfachen Spielregeln die Realität imitiert wird. Ein Modell ist immer durch die Anzahl seiner Parameter begrenzt, kann also niemals allgemeingültig sein. Ausgehend von leicht zu durchschauenden Modellen aus den Themenkreisen Astronomie, Biologie, Chemie und Dokumentation von Ergebnissen sollen 22 kleine Anwendungen mit GW-BASIC und Lotus 1-2-3 vorgestellt werden. Simulation soll hier als Hilfsmittel für die Erstellung von Prognosen oder einfachen Spiel­ ergebnissen von Modellen obiger Themenkreise verstanden werden. Natürlich stellt der Abstraktionsumfang eines jeden Modells den begrenzenden Faktor für die Anwendung im Schulbereich dar, da diese Fähigkeit zur Abstraktion alters- und schultypabhängig ist: Doch auch dort, wo die natürlichen Modelle (Versuchstiere) unersetzbar sind, unterstützt der PC das "Erlebnis" am Tierversuch, wenn er eine übersichtliche und schnelle Versuchs­ auswertung liefert. Daher ist auch ein Programm, welches Realwerte liefert, in die Samm­ lung der Simulationsprogramme mitaufgenommen worden.

Mehr als acht Millionen Wertpapierbesitzer gibt es in der Bun­ desrepublik Deutschland. Darunter waren 1981 über fünf Millio­ nen Arbeitnehmer. Ihre Depots hatten im Durchschnitt einen Wert von mehr als DM 20 000. Wertpapierbesitzer, die neben Dividendenzahlungen und Zinsen auch auf Kursgewinne hoffen und deshalb häufig Effekten kaufen und verkaufen, müssen eine große Zahl von Börsenkursen ständig beobachten. Bei dieser zeitaufwendigen Arbeit sind beträcht­ liche Datenmengen zu verarbeiten. Hier bietet sich der Einsatz eines Personal-Computers an, der, täglich mit den aktuellen Kursen "gefüttert", Entwicklungen und Tendenzen graphisch dar­ stellt und den Anwender auf Papiere mit auffälligem Kursverhal­ ten hinweist. Das in diesem Band vorgestellte Pascal-Programm übernimmt diese Aufgabe. Die Entwicklung von Wertpapieren, Sortenkursen und Börsenindizes über die letzten elf Monate hinweg ist jederzeit abrufbereit. Die "Charts" genannten graphischen Kursdarstellungen haben ge­ genüber Tabellen den großen Vorteil, daß sich das Wesentliche über längere Zeiträume mit einem Blick erfassen läßt. Die technische Aktienanalyse geht aber über das bloße Feststellen vergangener Entwicklungen hinaus: Aus bestimmten Formationen der Kurszeichnung werden Schlüsse auf den künftigen Kursverlauf gezogen. Kapitel 2 gibt einen kurzen Überblick über die Methoden, Möglichkeiten und Grenzen der technischen Wertpapieranalyse. Das hier vorgestellte Programm ist nicht nur Hilfsmittel bei der Analyse von Kursentwicklungen. Zusätzlich übernimmt es die Verwaltung eines oder mehrerer Wertpapierdepots. Auf Grundlage der geltenden Gebührensätze können Aufträge kalkuliert und Einführung Depotauszügegedruckt werden. Das Programm ist daher auch zum Testen vonAnlagestrategien unter Realbedingungen geeignet.

Einführung Von wichtigen internationalen Normungsorganisationen sind Bemühungen bekannt, einen einheitlichen, höheren BASIC-Dialekt zu entwickeln. Nach Verabschiedung solch eines Standards und weltweiter Akzeptierung wäre es erheblich einfacher als heute, BASIC-Programme zwischen Benutzern verschiedener Rechner aus­ zutauschen. Allerdings können Programme, die den Sprachenumfang des neuen Standards nutzen, nicht auf Systeme übertragen werden, die mit derzeitigen Quasi-Standardversionen arbeiten (wie z.B. Apple-, CBM- oder Tandy-BASIC) . Denn nur wenige Hersteller bieten schon jetzt erweiterte Dialekte, die etwa den Vorstellungen genügen, wie sie beispielsweise vom ANSI (American National Standards Institute) entwickelt wurden. Am ehesten entspricht schon das von Hewlett-Packard für die 80er Systeme entwickelte "Erweitere BASIC" den neuen Festlegungen wie z.B. CALL "Unterprogrammname" Aufruf eines Unterprogramms mit seinem Namen, IF ¿.. THEN ... ELSE ... zweiseitige Programm­ verzweigung, PRINT USING ... formatierte Ausgabe. Drei weitere Anweisungsgruppen zeichnen die Programmiersprache BASIC der Systeme wie HP-85 aus: - Graphik-Anweisungen zur Ausgabe von Meß- oder Berechnungs­ ergebnissen und Beschriftung von Diagrammen, z.B. SCALE, XAXIS, YAXIS, PLOT, DRAW, MOVE, LABEL, PEN - Befehle zur Behandlung von Hardware- und Software­ Interrupts, z.B. ON ERROR ¿.¿ GOSUB (oder GOTO) ON INTR ... ON KEY ..¿ Einführung ON TIMER ¿.¿ - Befehle zur Bedienung des IEC-Busses, z.B. ENTER, OUTPUT, .¿¿ USING ... , Im Beitrag von w. Wendt und H. Schumny werden diese Möglich­ keiten weitgehend genutzt. Die konkrete Anwendung aus der nuklear-physikalischen Praxis kann sozusagen als Demonstration dafür angesehen werden, was künftige BASIC-Versionen erlauben.

BASIC ist heute so etwas wie eine Standard-Programmiersprache, und für viele private und berufliche Computer-Verwender ist BASIC die als erste gelernte Sprache. Das liegt vor allem an der leichten Erlernbarkeit - selbst Anfänger können bereits nach wenigen Stunden eigene Programme schreiben. Praktische Gründe für die Dominanz von BASIC sind aber auch die Dialogfähigkeit, die interaktives Arbeiten am Computer ermöglicht (Mensch-Maschine-Dialog), und die Tatsache, daß die am meisten verbreiteten Tischcom­ puter nur BASIC "verstehen". Häufig hört man von erfahrenen Programmierern, BASIC weise eine Reihe ernst zu nehmender Mängel und Nachteile auf, vor allem BASIC erlaubt keine strukturierte Programmierung, verleitet vielmehr zu extensiven Verzweigungen und Verschachtelungen ("Spaghetti"-Stil); es sind nur globale Variablen möglich (nur solche, die für das ganze Programm gelten), lokale Variablen z. B. in Unterprogrammen können nicht definiert werden; symbolische Adressierung ist in der Regel nicht möglich, Variablennamen sind oft viel zu kurz (meist nur 2 Zeichen); das Aneinanderhängen mehrerer Programme (chain, append oder merge) durch Zu­ laden vom Massenspeicher ist normalerweise nicht möglich; - WHILE-Schleifen, GASE-Strukturen und IF-THEN-ELSE werden nur äußerst selten geboten. Das stimmt .natürlich alles. Es sollte trotzdem immer ehrlich abgewogen werden, ob man auf all diese fehlenden Möglichkeiten nicht auch verzichten kann. Die weite Verbreitung von BASIC läßt den Schluß zu, daß in sehr vielen Anwendungsfällen tatsächlich darauf verzichtet werden kann.

Dieser Band der Vieweg Programmbibliothek beschäftigt sich mit der Anwendung unter­ schiedlicher Varianten des Simplexverfahrens bei der Lösung linearer Ungleichungs· und/ oder Gleichungssysteme, wie sie bei der mathematischen Behandlung von Planungsvorbe· reitungen und Entscheidungsfindungen eingesetzt werden. Durch die Einbeziehung von Taschencomputern sollen auch umfangreichere Aufgaben zuverlässig rechenbar gemacht werden. Der Band wendet sich in erster Linie an Schüler und Studenten, für deren Bedürfnisse die Kapazität leistungsstarker, programmierbarer Taschenrechner ausreicht. Die hier vorge­ stellten Programme sind für den Hewlett-Packard HP-41 in der Ausstattung mit Ouad­ Modul und Magnetkartenleser entwickelt worden. Um dem Leser das Nachvollziehen der Programme zu erleichtern, sind diese so gehalten, daß die Veränderungen von einem Programm zum anderen möglichst gering sind. Es soll damit auch ein Weg aufgezeigt werden, wie man von zunächst recht einfachen Programmen zu aufwendigeren Lösungsverfahren gelangt. Für Leser, die Besitzer anderer Taschenrech­ ner oder Kleincomputer sind, werden die Beschreibungen der Rechenverfahren so gewählt, daß auch sie leicht eigene Programme zu den hier vorgestellten Verfahren schreiben können. Zudem soll dieser Band eine Anregung darstellen, die Programme für die eigenen Bedürf· nisse zu variieren und auch andere Verfahren der linearen Optimierung zu programmieren. Der Verfasser bietet mit der programmierten Lösung zu einfachen Anwendungen der linearen Programmierung einen interessanten Einstieg in dieses zunehmend wichtiger werdende Fachgebiet. Es wird besonderer Wert auf das Verständnis des mathematischen Hintergrundes gelegt. Die Herausgeber Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung.............................................. .

1.1 Allgemeines Zur Ermittlung der Verformungen und Spannungen in Bauteilen sind eine Reihe von Querschnittswerten erforderlich; dar­ unter versteht man die Lage des Schwerpunktes, die Quer­ schnittsfläche, die statischen Momente, die Trägheitsmomente und das Zentrifugalmoment um die Koordinaten-Achsen, die Lage der Hauptachsen und die Hauptträgheitsmomente. Bei schiefer Biegung ist dazu die Bestimmung der Haupt­ achsenmomente und eine Umwandlung der Punktkoordinaten in Hauptachsenkoordinaten erforderlich. Für besondere Fälle können Drehung oder Translation von Achsen oder Werten, bezogen auf schiefwinklige Koordinaten­ achsen, benötigt werden. Oft handelt es sich um Querschnitte aus verschiedenen Mate­ rialien, und die verschiedenen E-Module müssen in der Be­ rechnung berücksichtigt werden. 1.2 Ein Programm-System Zur Lösung dieser und ähnlicher Probleme wurden Programme für den HP 41-CV/CX entwickelt. Sie zeigen folgende Beson­ derh&iten: - Die Programme wurden als System entwickelt, d.h. sie können nacheinander in beliebiger Reihenfolge verwendet werden; - sie benutzen die Dialog-Möglichkeiten (alphanumerische Anzeige des HP- 41) und erreichen volle Benutzer-Freund­ lichkeit (Betriebsanleitungen werden fast überflüssig); - sie biet~n klare, eindeutige, schriftliche Protokolle (bei vorhandenem Drucker), aber - sie laufen auch ohne Drucker; - sie sind modular aufgebaut; Einleitung - sie können durch selbstentwickelte Programme ergänzt werden; - die enthaltenen Routinen stehen dem Anwender für eigene Programme zur Verfügung (klare Beschreibung der Schnitt­ stelle und ihrer Benutzung). 1.3 Was die Programme leisten 1.3.1 Querschnittsgrößen-Berechnung (siehe: Kapitel 2) Die Programme rechnen Querschnittsgröße (geometrische bzw.

Pädagogische Arbeit wird nur dann effektiv sein, wenn sie dem sozialen Umfeld der Anvertrauten gerecht wird. Lehrer, Ausbildungsleiter oder Gruppenführer werden also gut daran tun, sich über die soziale Struktur ihrer Gruppe zu informieren. Das methodische Instrumentarium dazu liefert die Soziometrie. Dabei können die Aus­ führungen W. Cappels (Walter Cappel, Das Kind in der Schulklasse, 7. Auf!., Weinheim, Basel 1974) dem Praktiker eine wichtige Stütze bei der Interpretation sozialer Vorgänge und Strukturen innerhalb einer Gruppe sein. Wer sich jedoch einmal der Mühe unterzogen hat, ein Soziogramm zu erstellen, weiß, wie arbeitsintensiv das ist. Wenn man nun noch bedenkt, daß eine einmalige Erhebung und Auswertung keineswegs ausreichend ist, dann wird man leicht entmutigt und ver­ zichtet auf die wertvollen Hilfen, die ein Soziogramm bieten kann. Das hier vorgestellte Programm reduziert die Schreib-und Rechenarbeiten auf ein Minimum. Es entlastet den Lehrer, Ausbilder oder Gruppenführer, indem es ihm die wichtigen Ergebnisse innerhalb von drei Minuten abrufbereit vorlegt. Die Möglichkeit, die Ergebnisse ausdrucken zu lassen (über einen Plotter oder - bei entsprechender Programmänderung - einen Drucker), erleichtert die gründliche Aufbereitung zusätzlich. Die vergleichsweise geringen Vor­ arbeiten sollten den Anwender ermutigen, des öfteren ein Soziogramm zu erstellen. Wenn diese pädagogische Hilfe schließlich seine Früchte trägt, hat das Programm seine Aufgabe erfüllt. Inhaltsverzeichnis Vorwort. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . V . . . . . . . . . . . 1 Programmbeschreibung und Anwendung ........................... . 1.1 Überblick ............... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 1 .. . . . 1.2 Das Hauptprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 3 . . . . . . . 1.3 Das Unterprogramm "Wahlen" ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 7 . . . . 1.3.1 Überblick ....................... . . . . . . . . . . . . .. . . . 7 . 1.3.2 Die Unterprogramm-Verzweigungen . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 9 . . .

Die Theorie der ung1eichmaBig Ubersetzenden Getriebe ist wegen der mathematischen Zusammenhange hohen Grades sehr schwierig zu durchdringen, und desha1b beschrankt sich die Mehrzah1 der Konstrukteure auf den Einsatz der einfachsten Getriebe-Struk­ turen mit Steuerungen durch e1ektronische Baugruppen. Durch die Entwick1ung der programmierbaren Rechner eroffnen sich aber nun Perspektiven, die auch die mehrg1iedrigen Getriebe 1eich­ ter Uberschaubar erscheinen lassen und damit zu deren vermehr­ tern Einsatz anregen. In der Handhabungs- und Robotertechnik wird besonderer Wert auf die F1exibi1itat, also auf die Anpassungsfahigkeit an verander1iche Arbeitsbedingungen ge1egt. In dieser Richtung sind aber den mechanischen Einrichtungen Grenzen gesetzt, die durch intensive Forschungsarbeiten mit besonderer Ausnutzung der VorzUge der Getriebe weiter gesteckt werden konnen. Des­ ha1b soll in diesem Buch versucht werden, einen Beitrag fUr mehr Ausgewogenheit zwischen Mechanik und E1ektronik zu 1ie­ fern, indem fUr zwei Haupt-Rechenprogramme grund1egende Anwen­ dungsbeispie1e aus der Handhabungstechnik behande1t werden. Beide Programme wurden bereits in Zusammenarbeit mit Herrn Dr.-Ing. ~!_~~~~~~l in dem Buch "Ge1enkgetriebe-Konstruktionen mit K1einrechnern" (Verlag Vieweg, Reihe "Anwendung von Mikro­ computern" Band 9) fUr die beiden Rechner HP-41CV und HP-85 in allen Einze1heiten er1autert, so daB sie fUr andere Rech­ nertypen ohne groBe Schwierigkeiten programmierbar sind. 1m fo1genden wird mit dem Rechner HP-41CV gearbeitet, es steht aber sofort fUr diese1ben Beispie1e auch der Rechner HP-85 ohne besondere Vorbereitung zur VerfUgung.

und Techniken von Entwurf, Implementierung und Dokumentation umfang­ reicher Programmsysteme notwendig.

Es wird immer behauptet, die allermeiste Software sei für CP/M­ Rechner verfügbar. Dabei wird offenbar übersehen, daß Taschen­ computer wie der HP-41 sehr stark verbreitet sind und zu einem großen Teil professionell genutzt werden. Eine Ursache dafür ist sicher die Verfügbarkeit von Detail-Software in einer solch großen Zahl, die von keiner anderen Rechnerkategorie erreicht wird. Taschencomputer sind nämlich gleichzeitig leistungsfähig und problemlos benutzbar, und sie "verleiten" darum mehr als kom­ plexere Systeme zum Selbstprogrammieren. Es gibt aber auch umfangreichere, hochqualifizierte Programmpakete bzw. -systeme; fünf davon sind in diesem Band der Vieweg Programmbibliothek zusammengefaßt. Die Auswahl erfolgte nach besonderer Eignung für den technisch-wissenschaftlichen Einsatz. Von Edgar Buchinger stammt das Dialogsystem, mit dessen Hilfe die Abarbeitung aller Programme nach einem einheitlichen Schema möglich wird. Diese Software erzieht aber auch zum systemati­ schen Programmieren; denn alle Programme müssen gleiche Merk­ male und Strukturen aufweisen. Als Anwendungsbeispiel ist ein Bemessungsprogramm aus dem Stahlbetonbau vorgestellt. Kar! Hackenberg hat sich der Darstellung von Funktionswerten angenommen. Das erklärte Ziel des Autors ist es, den verwirrenden Doppelbelegungen von Datenspeichern und Tastenzuordnungen sowie den meist sparsam gehaltenen Rechenanweisungen mit einer kompakten Anordnung zu begegnen. Beispiele sind dafür ange­ geben, wie das Programm bei Kurvendiskussionen eine schnelle Übersicht ermöglicht.