Testing av drivsystemer virtuelt
Simulink-bibliotek for utvikling og digital tvilling.
Hvordan vil stasjonen faktisk oppføre seg i den virkelige applikasjonen? For børsteløse DC-motorer fra FAULHABER kan dette spørsmålet besvares uten maskinvare overhodet. De ble nylig lagt til som virtuelle moduler i et bibliotek og kan integreres i modellerte applikasjoner ved hjelp av simuleringsprogramvaren Simulink. Den simulerte oppførselen fungerer som en indikator for den virkelige situasjonen. Det tar bare noen få klikk å "prøve ut" forskjellige stasjoner. Dette gjør utviklingsprosessen mye enklere.
La oss ta en transportdrone som brukes i logistikk som et eksempel. Drivenhetene må oppfylle høye dynamiske krav for å muliggjøre presis og responsiv kontroll av det flygende objektet. De må reagere uten merkbar forsinkelse, jevnt og med nøyaktig definert kraft. Motorer som driver slike høypresisjonsapplikasjoner må derfor oppfylle svært høye forventninger.
Sparer tid og reduserer risiko
Transportdronen er bare ett av mange brukseksempler der simulering av drivsystemet i utviklingsfasen utgjør et verdifullt verktøy. Det som betyr noe her er ikke bare oppførselen til motoren, som kan modelleres med rimelig innsats basert på databladparametrene. Et komplett drivsystem krever også emulering av sensorsystemet og kontroll. Realistisk emulering av disse komponentene bidrar til å redusere omfattende forsøk med fysiske stasjoner.
FAULHABER er den første leverandøren av mikromotorer av høy kvalitet som tilbyr muligheten til å simulere applikasjonssituasjonen realistisk på et tidlig stadium av utviklingen. Dette støttes av en simuleringsprogramvare som brukes av mange utviklere over hele verden: Simulink tilbyr et såkalt blokkdiagrammiljø med grafisk grensesnitt der simuleringer med virtuelle modeller er mulig uten behov for programmering. – Ulike løsninger kan testes raskt og enkelt i et integrert miljø. Dette gjør at utviklingskonseptet kan tilpasses den faktiske applikasjonen på et veldig tidlig stadium», forklarer applikasjonsingeniør Marc Lux.
Integrering av sensorsystem og kontroll
Han skapte selv grunnlaget for å teste FAULHABER-stasjoner ved hjelp av Simulink. Han har satt sammen et komponentbibliotek der alle børsteløse DC-motorer i produktsortimentet er lagret sammen med de matchende koderne og bevegelseskontrollerne. «En motor består av et elektrisk og et mekanisk delsystem. Korrelasjonene kan beskrives ved hjelp av matematiske ligninger. I modellen er ligningene for delsystemene sammenkoblet, akkurat som komponentene ved montering av en fysisk motor."
Ved å modellere typiske påvirkninger av ulike sensorsystemer er det mulig å simulere en realistisk hastighetskarakteristikk. Drivmodellene kan også brukes av kunder til å utvikle sine egne kontrollere for aktivering av børsteløse FAULHABER-motorer. Selv om dette ikke er noen erstatning for tester på fysiske motorer, reduserer denne modellbaserte metoden betydelig tiden og risikoen forbundet med utvikling.
For simulering av et kontrollert drivsystem med FAULHABER-komponenter tilbyr biblioteket moduler for dreiemoment, hastighet og bevegelseskontroll. Bevegelseskontrollere av generasjon 3.0, som inkluderer for eksempel modellene MC 3001, MC 3603 og MC 5005, danner grunnlaget. I kombinasjon med en motor fra biblioteket og en konfigurerbar belastningstreghet, kan de samme kontrollerparametrene bestemmes som de som finnes i en fysisk bevegelseskontroller. Ved å simulere hele drivsystemet er det for eksempel mulig å etablere realistiske posisjoneringstider, tilpasse regulatorparametrene eller sammenligne oppførselen til frekvensomformeren når ulike konsepter brukes.
Praktisk verktøykasse
For å gjøre simuleringen enkel å bruke, utviklet Marc Lux en Matlab-verktøykasse. Matlab er en plattform for programmering og numerisk databehandling. Skript opprettet ved hjelp av denne plattformen kan brukes til simulering med Simulink. Den virtuelle verktøykassen inneholder blant annet de ulike drivmodellene, skriptene og tabellene for beregning av parametere for kontrollerne og motorene, samt grafiske grensesnitt for intuitiv å kombinere elementene som kreves for simuleringen.
Simulink-biblioteket har vært tilgjengelig online for FAULHABER-kunder siden begynnelsen av året. Den er ment å supplere eksisterende verktøy som FAULHABER Drive Calculator. Den kan brukes til å velge et drivsystem så vel som til modellbasert integrasjon i selve applikasjonen. Ikke minst kan simuleringen også brukes til å lage en digital tvilling av stasjonen og til å utnytte denne tvillingen til avanserte funksjoner i sammenheng med IoT og Industri 4.0.
FAULHABER Drive Systems Library i SIMULINK® | Nettseminar
