${message}

Разработка системы управления электроприводом

Общее описание процесса

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.

Автоматизированный, или управляемый, электропривод состоит из двух больших частей: электромеханической и программной, или управляющей. И если для проектирования и конструирования электромеханической части широко применяются CAD-системы, или САПРы, то при создании управляющих алгоритмов, к сожалению, часто полагаются только на опыт и навыки программиста-разработчика.

Однако так же, как можно упростить процесс разработки электромеханической части, можно упростить и автоматизировать процесс разработки алгоритмов управления. Примечательно, что при этом за счёт формализации и стандартизации разработки значительно снижается порог вхождения, то есть требования к квалификации разработчика.

ЦИТМ «Экспонента» и компания Mathworks представляют инструмент автоматизации создания алгоритмов управления электроприводом – MATLAB&Simulink. 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.

Все эти стадии 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)

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

  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, — и безопасная проверка.

Если разработка ведётся с применением модельно-ориентированного подхода, то:

  • компонентное моделирование позволит точно воспроизвести структуру объекта;
  • аналитические методы линеаризации дадут быструю и удобную модель;
  • синтез САУ классическими методами поможет построить алгоритм управления;
  • машина реального времени «Ритм» упростит испытания и сбережёт оборудование;
  • автоматизированная генерация кода даст надёжный и «чистый» код;
  • формальное тестирование гарантирует качество и безопасность кода.


Результат прохождения всех трёх этапов – законченное устройство управления, работающее согласно техническому заданию.

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

  • Инструменты – как программные, так 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 1. Построение системной модели электропривода

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.

Строить модель можно по-разному:

  • задать точные параметры всех компонентов;
  • подобрать параметры по результатам экспериментов;
  • идентифицировать объект методом «чёрного ящика»;
  • для сложного объекта – построить статистическую модель.


Для любого типа модели в среде MATLAB&Simulink можно найти подходящий инструмент.

Этап 2. Разработка и настройка системы 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:


С их помощью можно выстроить процесс синтеза САУ от формализации техзадания до отлаживания готового регулятора.

Этап 3. Быстрое прототипирование алгоритмов управления в реальном времени

Проведение испытаний – отдельная задача, для которой нужны ресурсы, сопоставимые с ресурсами, необходимыми для непосредственно разработки.

Машина реального времени – 
компьютер, работающий в режиме жёсткого реального времени, и снабжённый физическими интерфейсами для связи с оборудованием. 
Избежать 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.

Под управлением MATLAB тикие машины не нужно программировать – 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 Rapid Prototyping. 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.

Этап 4. Реализация алгоритма управления на встраиваемом вычислителе

Конечная цель разработки алгоритма управления – его реализация на целевой платформе. Для этого нужно перевести его из модели Simulink на язык программирования – то есть закодировать.

Ручное кодирование занимает много времени и вносит дополнительные ошибки, поэтому в среде MATLAB&Simulink есть средства для автоматизированной генерации промышленного кода:

  • для микроконтроллеров – на языках C/C++;
  • для ПЛИС – на языках VHDL и Verilog;
  • для ПЛК – на языках ST и LD.

 Генерируемый код может оптимизироваться по различным критериям, а также для использования на конкретной целевой платформе – в том числе отечественного производства.

Этап 5. Полунатурное моделирование электропривода в реальном времени

Проведение испытаний – отдельная задача, для которой нужны ресурсы, сопоставимые с ресурсами, необходимыми для непосредственно разработки.

Машина реального времени – 
компьютер, работающий в режиме жёсткого реального времени, и снабжённый физическими интерфейсами для связи с оборудованием. 
Избежать 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.

Под управлением MATLAB тикие машины не нужно программировать – на них работают обычные модели Simulink с минимальными доработками.Если в виде модели представлен объект управления, то такой режим называется программно-аппаратным моделированием, или Hardware-in-the-Loop (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.

*
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

${message}