Virtuel test af drevsystemer
Simulink-bibliotek til udvikling og digital tvilling.
Hvordan vil drevet rent faktisk opføre sig i den virkelige applikation? Dette spørgsmål kan besvares helt uden hardware, når det drejer sig om børsteløse dc-motorer fra FAULHABER. De er for nylig blevet tilføjet som virtuelle moduler i et bibliotek, og kan integreres i model-applikationer ved hjælp af simuleringssoftwaren Simulink. Den simulerede opførsel fungerer som indikator for den virkelige situation. Der skal bare nogle få klik til for at ”teste” forskellige drev, hvilket gør udviklingsprocessen meget nemmere.
Lad os som eksempel kigge på en transportdrone, der bruges i logistik. Dens drev skal overholde høje, dynamiske krav for at gøre det muligt at have præcis og responsiv kontrol med det flyvende objekt. De skal reagere uden mærkbar forsinkelse, jævnt og med præcis defineret kraft. Motorer, der driver sådanne højpræcisionsapplikationer, skal derfor leve op til meget høje forventninger.
Sparer tid og reducerer risici
Transportdronen er bare et af mange eksempler på anvendelse, hvor simulering af drevsystemer under udviklingsfasen er et vigtigt værktøj. Det, der betyder noget her, er ikke blot motorens opførsel, som kan simuleres som model med en rimelig indsats, det er baseret på databladets parametre. Et komplet drevsystem kræver også emulering af sensorsystem og styring. Realistisk emulering af disse komponenter hjælper med til at reducere antallet af omfangsrige forsøg med fysiske drev.
FAULHABER er den første leverandør af højkvalitets mikromotorer, der tilbyder muligheden med at simulere applikationssituationen realistisk på et tidligt udviklingsstadie. Dette understøttes af simuleringssoftware, der anvendes af mange udviklere globalt. Simulink tilbyder et såkaldt blokdiagram-miljø med grafisk brugerflade, hvor simuleringer med virtuelle modeller er mulige uden behov for programmering.”Forskellige løsninger kan hurtigt og nemt testes i et integreret miljø. Det gør det muligt at tilpasse udviklingskonceptet til den faktiske applikation på et meget tidligt tidspunkt," forklarer applikationsingeniør Marc Lux.
Integrering af sensorsystem og styring
Marc Lux skabte selv grundlaget for at teste FAULHABER drev ved hjælp af Simulink. Han satte et komponentbibliotek sammen, hvor alle børsteløse dc-motorer i produktserien er gemt, sammen med de tilhørende enkodere og Motion Controllers.”En motor består af en elektrisk og en mekanisk del. Sammenhængene kan beskrives ved hjælp af matematiske ligninger. I modellen er ligningerne for delsystemerne forbundet, ligesom komponenterne er, når en fysisk motor samles.”
Ved at opstille modeller af typiske påvirkninger i forskellige sensorsystemer er det muligt at simulere en realistisk hastighedskarakteristik. Drevmodellerne kan også bruges af kunderne til udvikling af deres egne kontrollere til betjening af børsteløse FAULHABER motorer. Selvom dette ikke erstatter tests af fysiske motorer, reducerer denne modelbaserede metode både tid og risici betydeligt – ting, der er forbundet med udvikling.
Til simulering af et kontrolleret drevsystem med FAULHABER-komponenter, indeholder biblioteket moduler til moment-, hastigheds- og positionsstyring. Bevægelseskontrollere af generation 3.0, der bl.a. omfatter modellerne MC 3001, MC 3603 og MC 5005, danner grundlaget. Kombineret med en motor fra biblioteket og en konfigurerbar inertimasse kan de samme kontrollerparametre som de, der findes i en fysisk bevægelseskontroller, bestemmes. Ved at simulere det komplette drevsystem er det eksempelvis muligt at fastlægge realistiske positioneringstider, tilpasse kontrollerparametre eller sammenligne drevets opførsel ved anvendelse af forskellige koncepter.
Praktisk værktøjskasse
For at gøre simuleringen nem at bruge, udviklede Marc Lux en Matlab værktøjskasse. Matlab er en platform til programmering og numerisk beregning. Dokumenter, der er oprettet ved hjælp af denne platform, kan bruges til simulering med Simulink. Den virtuelle værktøjskasse indeholder bl.a. de forskellige drevmodeller, dokumenter og tabeller til beregning af parametre til kontrollere og motorer, samt grafiske interfaces til intuitiv kombination af de elementer, der kræves til simuleringen.
Simulink biblioteket har været tilgængeligt online for FAULHABER kunder siden begyndelsen af året. Det er beregnet som supplement til de eksisterende værktøjer som for eksempel FAULHABER Drive Calculator. Det kan bruges både til at vælge et drevsystem og til at skabe en digital tvilling af drevet – og til at udnytte denne tvilling til avancerede funktioner i sammenhæng med IoT og Industry 4.0
