ITK工程开发符合IEC 62304标准的牙钻电机控制器，具有基于模型的设计
挑战
解决方案
结果
- 开发时间减半
- 早期发现的硬件问题
- 赢得合同，建立客户信心
“基于模型的Simulink设计使我们能够通过早期金宝app验证降低成本和项目风险，缩短IEC 62304认证系统的上市时间，并交付第一次正确的高质量生产代码。”
Michael Schwarz, ITK工程公司
无传感器无刷直流(BLDC)电机非常适合用于牙钻。它们比有刷电机磨损小，更可靠，更安静，更容易维护和消毒。与带传感器的无刷直流电动机相比，无刷直流电动机更便宜，更紧凑。然而，无传感器控制所需的复杂算法需要更多的工程努力来开发。
ITK Engineering通过使用基于模型的设计来开发和实现符合医疗设备软件IEC 62304标准的生产BLDC电机控制器，从而节省了时间和精力。
ITK医疗控制系统高级工程师Michael Sch金宝appwarz博士说:“基于模型的Simulink设计使我们能够在电机硬件可用于测试之前设计和优化控制器，然后在我们拥有电机后生成控制器的生产代码。”“如果我们手工编写代码，就不可能按期完成这个项目。”
挑战
牙钻电机的运行速度可达40000转/分。这种电机的磁场定向控制算法需要在宽转速范围内精确的转子位置信息。在无传感器电机中，转子位置必须从转子磁体电磁感应引起的定子电流变化中推断出来。ITK工程师需要设计和优化转子位置估计器，以及符合医疗设备软件IEC 62304标准的牙科钻电机复杂的级联控制。
当项目开始时，没有原型电机。为了满足客户的项目期限，ITK必须在电机硬件的同时开发控制器软件。ITK工程师需要创建一个精确的电机模型，并开发一个与该模型相匹配的控制器。一旦马达可用，他们需要在嵌入式处理器上快速实现和测试他们的控制软件。
解决方案
ITK工程师使用基于模型的设计设计，优化，实现和测试了无传感器无刷直流电机控制器。
根据现有电机的数据表和客户提供的信息，工程师们在Simulink中对BLDC电机进行了建模，包括其电气和机械组件金宝app®．
他们在Simulink中开发了一个控制器模型，并使用了Stateflow金宝app®建模启动、关闭和错误模式，以及用户可选择的操作模式。
研究小组对装置模型和初始控制器模型进行了闭环模拟，这些模型依赖于装置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Symbolic Math Toolbox™来求解代数方程，然后对估计器进行改进，直到其结果与来自植物模型的实际转子位置信号匹配。
使用fixed -point Designer™的自动缩放和数据类型覆盖功能，工程师们将他们的浮点控制器设计转换为定点。他们重新模拟以验证定点模型。
团队开发了MATLAB®执行单个模型组件的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率报告。金宝app
该团队使用Embedded Coder从他们的控制器模型中生成了超过5000行C代码®．他们为ARM编译了代码®皮质®-M3处理器，带有Keil编译器。
工程师们在一个原型板和电机上测试了控制器，改进了模型并重新生成代码几次以优化性能。
ITK将控制器和工厂的Sim金宝appulink模型连同生成的生产代码一起交付给客户。控制器和无传感器无刷直流电动机目前在牙钻系列生产。
结果
开发时间减半．Schwarz说道:“我们在4个月内便完成了控制器的开发。“如果没有基于模型的设计，这将花费至少两倍的时间，因为我们将不得不等待硬件，手工编写代码，并测试更多的原型。”
早期发现的硬件问题．ITK的系统工程师Alexander Reiss说:“我们的工厂模型准确地反映了电机行为，这使我们能够在开发早期验证我们的控制器和硬件。“我们很快就在第一个硬件原型上找到了错误的根本原因:在硬件上测量的结果与我们经过验证的Simulink模型得出的结果不匹配。”金宝app
赢得合同，建立客户信心．“我们的客户希望立即开始工作。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硬件可用之前开始开发，”Reiss说。“基于模型的设计也增加了客户对我们工作的信心;我们分享了我们的Simuli金宝appnk模型和模拟，他们现在用这些模型来进行自己的增强。”
您也可以从以下列表中选择一个网站: