Разработка системы управления электроприводом

01-3 Экспонента - Схема.png


Этап 1. Автоматизированный электропривод

Проектирование автоматизированного электропривода – это «нестареющая классика» машиностроения. Несмотря на то, что на рынке можно найти готовые решения, казалось бы, на любой вкус, раз за разом возникает необходимость в разработке нового изделия – полностью «с нуля» или отдельных компонентов.

MATLAB&Simulink – инструмент автоматизации проектирования электропривода. Этот программный пакет реализует концепцию модельно-ориентированного проектирования, которая позволяет пройти весь путь создания алгоритма управления, от технического задания до реализации на микроконтроллере или ПЛИС, в рамках единой дружелюбной среды разработки.

Для создания алгоритма управления с помощью MATLAB&Simulink нужно пройти три этапа:

  1. Моделирование – сначала объекта управления, а потом алгоритма управления для него;
  2. Тестирование алгоритма в реальном времени – проверка в условиях, наиболее близких к реальности;
  3. Реализация – на микроконтроллере, ПЛИС или ПЛК.

Все эти этапы в любом случае нужно пройти. Просто без MATLAB&Simulink это выглядит примерно так: «Привод у нас на 15 кВт, значит, биполярниками не обойтись, нужны MOSFET’ы; объект у нас довольно предсказуемый, поэтому хватит ПИ-регулятора (моделирование). Пишем C-код для МК, не забываем про сброс интеграторов; так, вроде компилируется (реализация). Ну вот, макет на стенде, МК перезагружен, все отошли, можно включать… Хм, а почему не сработала защита?.. (тестирование)».


Результат выполения всех трёх этапов – законченное устройство управления, работающее по техническому заданию.

Мы, центр «Экспонента», предлагаем всё, что для этого необходимо:

  • Инструменты – и программные, и аппаратные;
  • Обучение и помощь в работе:
    • Курсы повышения квалификации, чтобы учиться быстро;
    • Обучающие видео, чтобы учиться самостоятельно;
  • Услуги по разработке – в любой степени участия, от консультаций по наладке рабочего процесса до разработок «под ключ».

Этап 2. Модель электропривода

Прежде, чем строить алгоритм управления, нужно понимать, чем же именно нужно управлять. Для этого нужна модель – виртуальный образ будущего изделия. В модель может входить практически вся информация о нём: описание структуры, алгоритм управления, тестовые сценарии и всё прочее, что необходимо для разработки.

Если объект ещё только проектируется, то среда MATLAB&Simulink позволит описать его с помощью тех параметров, которые используются при разработке.

Если объект уже существует, то среда позволит построить максимально адекватную модель по экспериментальным данным


Видео:

Плейлист по силовой электронике


Моделирование силовой электроники


Многодисциплинарное моделирование электропривода

Этап 3. Алгоритм управления

В семействе MATLAB есть полный спектр инструментов по настройке и синтезу систем управления, которые можно использовать как отдельно друг от друга, так и вместе:


Видео

Проектирование системы автоматического управления электроприводом


Разработка систем автоматического управления


Системы управления в MATLAB и Simulink

Этап 4. Стенд реального времени для САУ

Тестирования, проверки, испытания – важная, но, как правило, нелюбимая разработчиками часть процесса проектирования. На практике обычно проведение испытаний становится отдельной задачей, для которой нужны ресурсы, сопоставимые с ресурсами, необходимыми для непосредственно разработки: и временные, и трудовые, и финансовые.

Избежать всего комплекса проблем, связанных с натурными испытаниями, можно с помощью полунатурных стендов. Полунатурный стенд реального времени – это испытательный стенд, на котором одна или несколько частей испытуемого изделия заменяется соответствующей компьютерной моделью. Сама модель при этом работает на машине реального времени.

Машина реального времени – это компьютер, работающий в режиме жёсткого реального времени, и снабжённый физическими интерфейсами для связи с оборудованием. Под управлением MATLAB их не нужно программировать – с точки зрения пользователя на них работают обычные модели Simulink с минимальными доработками.

Если на машине реального времени работает алгоритм управления, а объект реальный, то это называется быстрым прототипированием, или RapidPrototyping. В этом случае мы получаем возможность испытать алгоритм с реальным оборудованием, но при этом избавлены от проблем, связанных с реализацией – ошибок кодирования, ограничений конкретной платформы или некорректной работы периферии.


Видео

Быстрое прототипирование с Simulink Real-Time


Машина реального времени как стенд для отладки САУ и автоматическая генерация Structured Text


Построение автоматизированных испытательных стендов реального времени

Этап 5. Стенд реального времени для объекта

Тестирования, проверки, испытания – важная, но, как правило, нелюбимая разработчиками часть процесса проектирования. На практике обычно проведение испытаний становится отдельной задачей, для которой нужны ресурсы, сопоставимые с ресурсами, необходимыми для непосредственно разработки: и временные, и трудовые, и финансовые.

Избежать всего комплекса проблем, связанных с натурными испытаниями, можно с помощью полунатурных стендов. Полунатурный стенд реального времени – это испытательный стенд, на котором одна или несколько частей испытуемого изделия заменяется соответствующей компьютерной моделью. Сама модель при этом работает на машине реального времени.

Машина реального времени – это компьютер, работающий в режиме жёсткого реального времени, и снабжённый физическими интерфейсами для связи с оборудованием. Под управлением MATLAB их не нужно программировать – с точки зрения пользователя на них работают обычные модели Simulink с минимальными доработками.

Если в виде модели представлен объект управления, то такой режим называется программно-аппаратным моделированием, или HardwareintheLoop(HIL). Испытаниям в этом случае подвергается уже запрограммированный контроллер, который в этом случае работает в условиях, максимально близких к реальным. Преимущества такого подхода очевидны: с одной стороны, отсутствие риска появления аварийной ситуации в результате ошибок управления, а с другой – возможность испытания системы управления ещё не существующего или почему-либо недоступного объекта.


Видео

Быстрое прототипирование с Simulink Real-Time


Машина реального времени как стенд для отладки САУ и автоматическая генерация Structured Text


Построение автоматизированных испытательных стендов реального времени

*
Настоящим в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006, отправляя данную форму, вы подтверждаете свое согласие на обработку персональных данных . Мы, ООО ЦИТМ "Экспонента" и аффилированные к нему лица, гарантируем конфиденциальность получаемой нами информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и пр. в соответствии с «Политикой конфиденциальности персональных данных». * - обязательные поля