村田制造通过基于模型的设计,将能源管理系统控制软件的开发时间缩短了50%以上

挑战

为公司的第一届能源管理系统产品试验减少上市时间

解决方案

使用基于模型的设计与Simulink来建模控制器和电力电金宝app子,运行模拟,并生成生产代码

结果

  • 控制软件开发时间减少50%以上
  • 生成的无缺陷代码
  • 项目斜坡时间缩短了

“在Simulink上通过Simulation检查认证所需的每个需求在真实电路上验证 - 因为我们使用嵌入式编码器直接从我们的模型生成代码,我金宝app们的模拟与真实嵌入式软件之间没有间隙。”

马跃博士,村田制造有限公司

Murata柔性三相能源管理系统,锂离子电池。


作为其智能家庭/办公室/工厂计划的一部分,村田制造正在开发一种能源管理系统(EMS),该系统结合了太阳能电池板、电池控制器、并网逆变器和智能控制系统,以优化能源使用。当太阳能电池板产生的能量超过用户的需求时,控制系统要么利用多余的能量给电池充电,要么将其反馈给电网。相反,当用户需要比太阳能电池板产生的电力更多时,控制系统要么给电池放电,要么从电网中接入电力。

村田的工程师利用Simulink进行基于模型的设计金宝app®加快新EMS产品线的嵌入式控制软件的开发。

“EMS对我们来说是一个新市场,我们需要将风险降到最低,”村田能源技术开发部经理马岳博士说。“使用Simulink进行基于模型的设计,使我们能金宝app够缩短上市时间,这是我们的一大优势。因为我们不是专业的程序员,所以对我们的控制设计进行建模和模拟,然后从我们的模型中生成高质量的C代码,这对于尽快生成一个可运行的系统是至关重要的。”

挑战

由于村田以前没有开发过EMS产品,工程团队不得不从头开始。他们需要一种方法来模拟EMS中的逆变器、变换器和其他电力电子硬件,以便评估各种硬件拓扑。因为是困难和昂贵的测试系统与实际硬件,他们需要模型控制系统,使用系统模型仿真运行电网模型来验证设计在正常操作条件下,以及在异常和难以测试条件下,如电网停电和激增。

由于竞争对手已经介绍了EMS产品,因此Murata希望通过自己的产品快速上市。下载188bet金宝搏为了缩短控制系统的开发时间,工程团队希望直接从其模型生成控制代码。在团队中没有超过三名工程师,并且以前的编程经验很少,他们认为手写和调试控制码的手写将花费太长并导致质量差。

解决方案

Murata工程师使用基于模型的设计来设计和实现EMS嵌入式控制软件。

在开始这个项目之前,马博士参加了为期三天的MathWorks培训课程,学习基于模型的设计和代码生成的基础知识。

Ma和他的团队博士创造了一些主要系统组件的工厂模型,包括Simscape Electrical™的太阳能转换器,电池DC-DC转换器和三相网格逆变器。该模型可调整,以便它们可以测试不同的硬件拓扑。

在添加测量块后,以计算关键信号的总谐波失真(THD)和根均线(RMS),团队运行仿真以检查这些指标是否在可接受的范围内,并比较不同控制策略和硬件的性能拓扑。

在Simulink中,金宝app该团队对系统的PI控制器进行建模,然后使用控制器和与设备对应的传递函数进行闭环模拟,并使用Simulink Control Design™对控制参数进行调整。

此外,还进行了额外的闭环模拟,以评估设计对异常情况的响应,包括停电和电网相位不平衡,以及一些电网连接要求,包括故障穿越(FRT)和太阳能的最大功率点跟踪(MPPT)。

使用StateFlow.®,它们创建了状态转换图以模拟EMS启动,关机和异常序列以及系统各种操作模式的状态转换。

为了在微控制器上实现控制逻辑,他们利用定点设计器中的自动缩放和其他节省时间的工具将浮点设计转换为定点设计。

接下来,它们使用嵌入式编码器生成C代码和代码Composer Studio™项目®。最后,他们将其部署到Piccolo™和Delfino™32位微控制器。

该团队将微控制器和EMS电路一起测试,以通过运行开环测试来验证生产硬件的代码,以执行基本检查,并通过验证系统闭环控制器和状态转换。

Murata已经完成了EMS项目和一个基于模型设计的光伏逆变器项目。该公司正在申请飞机的网格连接认证,工程团队正在准备长期可靠性测试。

结果

  • 控制软件开发时间减少50%以上。“只有三个工程师,我们在大约六个月内完成了控制软件,”马博士说。“没有基于模型的设计,它将需要两三倍,或者我们需要雇用其他软件工程师。”
  • 生成的无缺陷代码。“因为我们的编程经验有限,我期待如果我们手工编码我们的控制器,我们会有很多错误,”马博士说。“生成100%的代码保证可靠性。我们读取输出,并在嵌入式编码器生成的代码中找到零虫。“
  • 项目启动时间缩短。“在Mathworks培训课程中,我学到了很多实用技能和技术,然后我与我的其余部分分享,”马博士说。“这一切,随着我们发出问题的,与我们收到的强大支持相结合,帮助我金宝app们完成了我们的整个项目。”