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Startseite/Ingenieurwesen/Endlicher Automat

Endlicher Automat

Moore-Automat für eine Ampel: Zyklus Grün–Gelb–Rot nach Zeitgeber oder manueller Schritt; Zustandsgraph.

EA

4
1.2
3.5

Drei Zustände, zyklische Übergänge nach Zeitablauf. Dasselbe Muster — Förderbänder, Phasen einer Spielsteuerung, Quittungsaustausch von Protokollen: Ausgaben hängen nur vom aktuellen Zustand und den Eingängen ab.

Tastenkürzel

  • •Schalten Sie zwischen Automatik und Hand um und ändern Sie die Phasendauern
  • •Im Handbetrieb mit „Schritt“ den Zyklus weiterschalten

Gemessene Größen

Aktueller Zustandrot
Phasentimer0.0 / 3.5 s

Zum Modell

Ein endlicher Automat ist ein diskretes Modell mit endlich vielen Zuständen, einer Übergangsfunktion und einer Ausgabefunktion; man verwendet ihn in der sequentiellen Logik und in Steuerungen. Hier ein Moore-Automat für den üblichen Ampelzyklus: Grün → Gelb → Rot. Beim Moore-Automaten hängt die Ausgabe (Signalfarbe) nur vom aktuellen Zustand ab, im Unterschied zum Mealy-Automaten, bei dem die Ausgabe auch vom Eingang abhängen kann. Das Verhalten legen die Übergangsfunktion δ(aktueller Zustand, Eingang) = nächster Zustand und die Ausgabefunktion λ(aktueller Zustand) = Ausgabe fest. Eingang ist ein periodischer Takt (Automatik) oder ein manueller Schrittbefehl. Der Zustandsgraph zeigt Zustandsknoten und gerichtete Übergangskanten. Sensoren, Lampenverzögerung und unideale Zeit fehlen: das Umschalten ist instantan, der Zyklus deterministisch.

Für wen: Bachelor: digitale Logik, Schaltwerke, Automatentheorie.

Wichtige Begriffe

  • endlicher Automat
  • Moore-Automat
  • Zustandsübergang
  • sequentielle Logik
  • Zustandsdiagramm
  • Taktsignal
  • diskrete Zustände

So funktioniert es

Moore-Automat: jeder Zustand setzt die Lampenfarbe; nach Ablauf des Phasentimers oder auf Schrittbefehl erfolgt der Übergang. Rechts der Zustandsgraph Grün → Gelb → Rot.

Häufige Fragen

Worin unterscheiden sich Moore-Automat und Mealy-Automat?
Beim Moore-Automaten bestimmt nur der aktuelle Zustand die Ausgabe: die Signalfarbe ist fest an den Knoten gebunden (Zustand „Grün“ gibt immer grünes Licht). Beim Mealy-Automaten kann die Ausgabe von Zustand und aktuellem Eingang abhängen. Dadurch ändern sich Zustandsgraph und der Zeitpunkt, zu dem die Ausgabe umschaltet.
Warum heißt der Automat endlich?
Die Zahl verschiedener Zustände ist endlich und abzählbar — hier genau drei: Grün, Gelb und Rot. Einen Zwischen- oder „unbestimmten“ Zustand gibt es nicht: das System ist immer in einem der vorgegebenen Knoten. Deshalb ist das Verhalten vorhersagbar und gut analysierbar.
Wie arbeitet der Takt im Automatikbetrieb?
Ein Generator liefert regelmäßige Impulse. Bei jedem Takt werden die Übergangsregeln geprüft: ist für den aktuellen Zustand ein Wechsel beim Impuls vorgeschrieben, geht der Automat weiter. Die Phasendauer ist, wie viele Takte das System im Knoten bleiben muss, bevor der Übergang auslöst.
Ist die Ampel ein typisches Beispiel für einen endlichen Automaten?
Ja. Eine einfache Ampel mit festem Zyklus ist das klassische Beispiel. Steuerungen mit Sensoren (Abbiegespuren, Fußgänger) sind ebenfalls endliche Automaten, aber mit mehr Zuständen und Eingängen. Hier ist der grundlegende Zeittakt gezeigt.