Sähkömoottorikäytön testaaminen virtuaalisesti

Miten sähkömoottorikäyttö oikeasti käyttäytyy reaalimaailman sovelluksessa? Käytettäessä harjattomia FAULHABER DC-moottoreita tähän kysymykseen voidaan vastata ilman fyysisiä laitteita. Ne lisättiin äskettäin kirjastoon virtuaalimoduuleina ja ne voidaan integroida Simulink-simulointiohjelmalla mallinnettuihin sovelluksiin. 

Simuloitu käyttäytyminen antaa tietoa käyttäytymisestä reaalimaailmassa. Erilaisia sähkömoottorikäyttöjä voidaan kokeilla vain muutamalla napsautuksella. Tämä helpottaa kehitysprosessia huomattavasti.

Tarkastellaanpa esimerkkinä logistiikassa käytettävää kuljetuslennokkia. Sen sähkömoottorikäyttöjen on täytettävä korkeat dynaamiset vaatimukset, jotta lentävää kohdetta voitaisiin ohjata tarkasti ja nopeasti. Niiden on reagoitava ilman havaittavaa viivettä, sujuvasti ja tarkasti määritellyllä voimalla. Tällaisissa huipputarkkuutta vaativissa sovelluksissa käytettävien moottoreiden on siksi täytettävä erittäin korkeat odotukset.

Säästää aikaa ja vähentää riskejä

Kuljetuslennokki on vain yksi monista sovellusesimerkeistä, joissa sähkömoottorikäytön simulointi kehitysvaiheessa on arvokas työkalu. Olennaista ei ole ainoastaan moottorin käyttäytyminen, jota voidaan mallintaa kohtuullisen helposti teknisissä tiedoissa esitettyjen parametrien perusteella. Kattava sähkömoottorikäytön mallinnus edellyttää myös anturijärjestelmän ja ohjauksen emulointia. Näiden komponenttien realistinen emulointi auttaa vähentämään kattavaa testausta fyysisten sähkömoottorikäyttöjen kanssa.

FAULHABER on ensimmäinen korkealaatuisten mikromoottoreiden toimittaja, joka tarjoaa mahdollisuuden simuloida sovelluksessa esiintyviä tilanteita realistisesti jo varhaisessa kehitysvaiheessa. Apuna tässä on simulointiohjelmisto, jota monet kehittäjät ympäri maailmaa käyttävät: Simulink tarjoaa niin sanotun lohkokaavioympäristön graafisella käyttöliittymällä, jossa virtuaalimallien simulointi on mahdollista ilman ohjelmointia. ”Integroidussa ympäristössä erilaisia ratkaisuja voidaan testata nopeasti ja helposti. Näin kehityskonsepti voidaan adaptoida varsinaiseen sovellukseen jo hyvin varhaisessa vaiheessa”, selittää sovellusinsinööri Marc Lux.

Anturijärjestelmän ja ohjauksen integrointi

Hän loi itse perustan FAULHABER-sähkömoottorikäyttöjen testaamiselle Simulinkin avulla. Hän kokosi komponenttikirjaston, johon on tallennettu kaikki tuotevalikoiman harjattomat tasavirtamoottorit sekä niihin sopivat enkooderit ja liikkeenohjaimet. ”Moottori koostuu sähköisestä ja mekaanisesta osajärjestelmästä. Korrelaatiot voidaan kuvata matemaattisilla yhtälöillä. Mallissa osajärjestelmien yhtälöt on yhdistetty toisiinsa, aivan kuten komponentit fyysistä moottoria koottaessa.”

Mallintamalla erilaisten anturijärjestelmien tyypillisiä vaikutuksia on mahdollista simuloida realistista nopeuskäyttäytymistä. Asiakkaat voivat myös käyttää sähkömoottorikäytön malleja kehittääkseen omia ohjaimiaan harjattomien FAULHABER-moottoreiden ohjausta varten. Vaikka tämä ei korvaa fyysisillä moottoreilla tehtäviä testejä, tämä mallipohjainen menetelmä vähentää merkittävästi kehitystyöhön kuluvaa aikaa ja siihen liittyviä riskejä.

Kirjasto tarjoaa moduuleja vääntömomentin, nopeuden ja liikkeen ohjaukseen FAULHABER-komponentteja käyttävän ohjatun sähkömoottorikäytön simuloinnissa. Perustan tälle muodostavat 3.0-sukupolven liikkeenohjaimet, joihin kuuluvat esimerkiksi mallit MC 3001, MC 3603 ja MC 5005. Yhdessä kirjastosta löytyvän moottorin ja konfiguroitavissa olevan kuormainertian kanssa voidaan määrittää samat ohjainparametrit kuin fyysisessä liikkeenohjaimessa. Simuloimalla koko sähkömoottorikäyttöjärjestelmää voidaan esimerkiksi määrittää realistiset paikannusajat, räätälöidä ohjainparametreja tai vertailla sähkömoottorikäytön käyttäytymistä eri konsepteja käytettäessä.

Käytännöllinen työkalupakki

Helpottaakseen simuloinnin käyttöä Marc Lux kehitti Matlab-työkalupakin. Matlab on alusta ohjelmointia ja numeerista laskentaa varten. Tällä alustalla luotuja skriptejä voidaan käyttää Simulink-simulointiin. Virtuaalinen työkalupakki sisältää muun muassa erilaiset mallit sähkömoottorikäyttöjä varten, skriptit ja taulukot ohjain- ja moottoriparametrien laskemista varten sekä graafiset käyttöliittymät simuloinnissa tarvittavien elementtien intuitiivista yhdistämistä varten.

Simulink-kirjasto on ollut FAULHABER-asiakkaiden saatavilla verkossa jo vuoden alusta lähtien. Se on tarkoitettu täydentämään sellaisia nykyisiä työkaluja kuten FAULHABER Drive Calculator. Sitä voidaan käyttää sähkömoottorikäytön valinnassa sekä mallipohjaisessa integroinnissa varsinaiseen sovellukseen. Simulointia voidaan käyttää myös sähkömoottorikäytön digitaalisen kaksosen luomiseen sekä tämän kaksosen käyttämiseen kehittyneissä IoT- ja Teollisuus 4.0-ominaisuuksissa.

FAULHABER-sähkömoottorikäytön kirjasto SIMULINK®-ohjelmistoa varten | Webinaari