ITK Engineering开发IEC 62304-与基于模型设计的牙科钻机的控制器
挑战
解决方案
结果
- 发展时间减半
- 硬件问题很早发现
- 合同赢了，客户信心建立了
“基于模型的设计具有Simulink，使我们能够通金宝app过早期验证降低成本和项目风险，在IEC 62304认证的系统上缩短推销，并提供了首次正确的高质量生产代码。”
迈克尔·施瓦茨（Michael Schwarz），ITK工程
无传感器无刷直流（BLDC）电动机非常适合用于牙科演习。它们的磨损比拉丝电动机少，并且更可靠，更安静，更易于维护和消毒。与带有传感器的BLDC电动机相比，无传感器BLDC电动机便宜较低，更紧凑。但是，无传感器控制所需的复杂算法需要开发更多的工程工作。
ITK Engineering通过使用基于模型的设计来节省时间和精力，以开发和实施具有IEC 62304 Medical Device Software标准的生产BLDC电动机控制器。
“基于模型的设计，使用Simulink的设计使我们金宝app能够设计和优化控制器，甚至在电动机硬件进行测试之前，然后在使用电动机后为控制器生成生产代码，”医疗控制高级工程师Michael Schwarz博士说。ITK的系统。“如果我们手工编写代码，就不可能按计划完成该项目。”
挑战
牙齿钻电机的运行速度高达40,000 rpm。此类电动机的面向场的控制算法需要在宽速度范围内进行有关转子位置的精确信息。在无传感器电动机中，必须从转子磁体电磁诱导引起的定子的电流变化中推导转子位置。ITK工程师需要设计和优化转子位置估计器，以及针对牙科钻机的复杂级联控制器，该控制器将符合IEC 62304医疗设备软件标准。
当项目开始时，原型电动机不可用。为了满足客户的项目截止日期，ITK必须与电动机硬件并行开发控制器软件。ITK工程师需要创建一个准确的电动机模型，并开发与该模型一起使用的控制器。电动机可用后，他们需要在嵌入式处理器上快速实施和测试其控制软件。
解决方案
ITK工程师设计，优化，实施和测试了使用基于模型的设计的无传感器BLDC电动机控制器。
工程师从数据表中工作的现有电动机和客户提供的信息，在Simulink中对BLDC电机（包括其电气和机械组件）进行了建模金宝app®。
他们在simulink中开发了一个控制器模型，并使用了状态流金宝app®建模启动，关闭和错误模式以及可选择的操作模式。
团队运行了植物模型和初始控制器模型的闭环模拟，该模型依赖于工厂模型提供的转子位置信号。
为了开发转子位置估计器，该团队使用符号数学工具箱™求解代数方程，然后完善估计器，直到其结果与工厂模型的实际转子位置信号匹配。
使用定点Designer™的自动缩放和数据类型覆盖功能，工程师将其浮点控制器设计转换为固定点。他们重视仿真以验证定点模型。
团队开发了MATLAB®对单个模型组件进行批处理单元测试的脚本。他们使用Simulink Coverage™为这些测试生成了模型覆盖报告。金宝app
该团队通过嵌入式编码器从其控制器模型中生成了5000多行的C代码®。他们编译了手臂的代码®皮质®-M3处理器带有KEIL编译器。
工程师在原型板和电动机上测试了控制器，精炼了模型并重新生成代码以优化性能。
ITK将控制器和工厂的Sim金宝appulink模型以及生成的生产代码以及其客户提供。控制器和无传感器BLDC电动机目前正在牙科钻头中进行串联生产。
结果
发展时间减半。施瓦茨说：“我们在大约四个月内完成了控制器的开发。”“如果没有基于模型的设计，它将至少花两倍的时间，因为我们将不得不等待硬件，手工编写代码并测试更多原型。”
硬件问题很早发现。ITK系统工程师Alexander Reiss说：“我们的工厂模型准确地反映了运动行为，这使我们能够在开发的早期验证控制器和硬件。”“我们迅速确定了第一个硬件原型上错误的根本原因：在硬件上测量的结果与我们经过验证的Simulink模型产生的结果不符。”金宝app
合同赢了，客户信心建立了。“我们的客户想立即开始工作。基于模型的设计帮助我们获得了合同，因为它使我们能够在可用硬件之前开始开发。” Reiss说。“基于模型的设计也提高了客户对我们工作的信心；我们分享了模型和模拟，他们现金宝app在用来做出自己的增强功能。”
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