Testa drivsystem virtuellt

Simulink-bibliotek för utveckling och digitala tvillingar

Hur kommer drivenheten att bete sig i den verkliga applikationen? När det gäller FAULHABERS borstlösa DC-motorer kan frågan svaras utan någon som helst hårdvara. Dessa lades nyligen till som virtuella moduler i ett bibliotek och kan integreras i modellapplikationer som använder sig av simulationsmjukvaran Simulink.

Det simulerade beteende fungerar som en indikator på en verklig situation. Det krävs bara några få klick för att ”prova på” olika drivenheter. Detta gör utvecklingsprocessen mycket enklare. Låt oss ta en transportdrönare, som används inom logistik som exempel. Här måste drivenheterna uppfylla höga dynamiska krav för att möjliggöra exakt styrning med fingertoppskänsla av det flygande föremålet. Dessa måste svara utan märkbart dröjsmål, smidigt och med exakt definierad styrka. Motorer som driver den här typen av högprecisionstillämpningar måste leva upp till mycket höga förväntningar.

Sparar tid och minskar riskerna
Drönaren är bara ett av många exempel på applikationer på att simulering av drivsystemet under utvecklingsfasen är ett värdefullt verktyg. Det viktiga här är inte enbart hur motorn beter sig, vilket kan ritas upp tämligen enkelt utifrån parametrar på ett datablad. Ett komplett drivsystem kräver också efterlikningar av sensorer och styrning. Realistisk efterliknelse av dessa komponenter bidrar till att minska krävande försök med fysiska enheter.

FAULHABER är den första leverantören av högkvalitativa mikromotorer som kan erbjuda möjligheten att på ett realistiskt sätt simulera hur produkten ska användas, i ett tidigt utvecklingsskede. Detta görs med stöd av en simuleringsprogramvara som används av utvecklare över hela världen: Simulink erbjuder en så kallad blockdiagrammiljö med ett grafiskt gränssnitt, där virtuella modeller är möjliga att åstadkomma utan programmering. ”Flera olika lösningar kan testas snabbt och enkelt i en integrerad miljö. Det gör det möjligt att anpassa utvecklingskonceptet till den faktiska applikationen i ett mycket tidigt stadie”, förklarar applikationsingenjör Marc Lux.

Integrering av sensorsystem och styrning
Han har själv skapat grunderna för att testa FAULHABER-enheter med Simulink. I ett komponentbibliotek har alla borstlösa DC-motorer i produktsortimentet sammanställts och sparas tillsammans med matchande encoder och Motion Controllers. "En motor består av ett elektriskt och ett mekaniskt subsystem. Korrelationerna mellan dessa kan förklaras genom matematiska ekvationer. I modellen är ekvationerna för subsystemen sammanlänkade, på samma sätt som komponenterna är när man sätter ihop en fysisk motor."

Genom att modellera typisk påverkan från olika sensorsystem är det möjligt att realistiskt simulera hur den beter sig vid olika hastigheter. Drivmodellerna kan även användas av kunder so vill utveckla egna manövreringsenheter till de borstlösa FAULHABER-motorerna. Även om detta inte ersätter fysiska tester av motorer, kan denna modellbaserade metod korta tiden och riskerna avsevärt i samband med utveckling.

För att simulera ett styrt drivsystem med FAULHABER-komponenter finns moduler för vridmoment, hastighet och rörelsekontroll i biblioteket. Motion Controllers i generation 3.0, vilket inkluderar exempelvis modellerna MC 3001, MC 3603 och MC 5005 utgör grunden. Tillsammans med en motor från biblioteket och en justerbar belastningströghet kan samma parametrar användas som de som finns i en fysisk Motion Controller.Genom att simulera hela drivsystemet är det möjligt att till exempel fastställa realistiska positioneringstider, anpassa kontrollens parametrar eller jämföra drivenhetens beteende för att testa andra koncept.

Praktisk verktygslåda
För att göra simuleringen lätt att använda utvecklade Marc Lux den så kallade Matlab-verktygslådan. Matlab är en plattform för programmering och numerisk beräkning. Skript skapades för att denna plattform ska kunna användas med Simulink. Den virtuella verktygslådan innehåller bland annat de drivmodellerna, skript och tabeller för olika beräkningsparametrar för styrenheter och motorer samt grafiska gränssnitt för intuitiv kombination av de element som krävs för simuleringen.

Simulink-biblioteket har varit tillgängligt för FAULHABER:s kunder sedan början av året. Avsikten är att komplettera befintliga verktyg, såsom FAULHABER Drive Calculator. Det kan användas till val av drivsystem samt för modellbaserad integrering i den faktiska applikationen. Sist men inte minst kan det även nyttjas till att skapa en digital tvilling av enheten samt för att använda denna tvilling för avancerade funktioner i IoT och Industry 4.0-sammanhang.

⁣FAULHABER Drive Systems Library in SIMULINK® | Webinar

2024-09-23 - Industritorget