KIMM为移动港口开发了基于磁悬浮的防滚系统原型
挑战
解决方案
结果
- 开发时间减少了70%
- 节省了2万美元或更多的原型成本
- 提高了对设计性能的信心
“我们用基于模型的设计只用了三个月就完成了原型。我们通过使用集成环境来建模控制器和物理系统,一起模拟它们,生成代码,并创建一个完美运行的实时硬件原型,从而节省了几个月的开发时间。”
Cheol Hoon Park,韩国机械与材料研究所
韩国正在研究移动港口的可行性。移动港口是一种平台,可以在没有深水港的城市附近卸货集装箱船。面临的挑战是在海浪中稳定平台,以便集装箱能够安全快速地卸载。
韩国机械与材料研究所(KIMM)的研究人员开发了一个小型的防滚系统原型,以评估使用磁悬浮和主动质量驱动器(AMD)技术来稳定移动港口的可行性。该系统将物体左右滑动以抵消波浪的力量。研究人员使用基于模型的设计方法设计并实现了原型控制器。
KIMM的高级研究员Cheol Hoon Park说:“使用基于模型的设计,我们优化了设计,并准确预测了它的性能。”“在模拟控制器模型之后,我们直接转向硬件实现,我们相信我们有最好的设计。”
挑战
KIMM研究人员需要评估基于双体船的移动港口平台的防滚系统。该系统需要两个互补的控制器。第一个系统负责管理磁悬浮子系统中磁体和轨道之间的间隙,从间隙传感器获取输入,并向磁悬浮电流驱动器发送控制信号。第二部分定位质量,从倾斜和质量位置传感器获取输入,并将控制信号发送到线性驱动电机。
KIMM项目通常需要一到三年的时间,但防滚系统必须在短短三个月内完成。Park说:“由于时间紧迫,我们只有时间制作一个原型,所以设计必须在第一次就正确。此外,也没有时间为控制器和物理系统集成不同的建模和仿真工具。”
解决方案
KIMM使用MATLAB®,仿金宝app真软件®以及其他几个产品来设计、模拟和实现防滚系下载188bet金宝搏统的实时控制器,并演示了一个工作原型。
Park将移动港口平台的SolidWorks组件转换为Simscape Multibody™模型,该模型包含一个一米宽的缩小版双体船横截面。Park使用Simscape Multibody对AMD系统进行建模。
对AMD系统模型的模拟使Park能够确定需要多少质量才能抵消双体船的运动。
他开发了磁悬浮列车的Simul金宝appink模型和AMD控制器。然后,他使用双体船模型进行了闭环仿真,以验证控制算法的功能。
使用Simu金宝applink设计优化™和优化工具箱™, Park调整了设计参数,包括AMD的速度和直线电机的尺寸,以提高系统性能。
“在Simulink和Simsc金宝appape Multibody中的模拟显示,质量不需要像我想象的那样快速移动,所以我修改了直线电机的规格,”Park说。
Park使用了优化设计的模拟,向KIMM的经理和利益相关者展示了系统在硬件上实现之前的性能。
他使用Simul金宝appink Coder™从Simulink控制器模型生成C代码。他使用Simulink real - time™实时执行代码,该代码在PC/10金宝app4计算机上运行,I/O板为原型双体船硬件提供模拟到数字和数字到模拟接口。
最初的实验表明,AMD的控制器工作得完美无缺。磁悬浮列车的控制器需要对增益进行微小的调整。调整完成后,原型控制器成功地稳定118公斤双体船横截面使用4.1公斤质量约5秒。
对原型机的实验表明,它很难产生足够的电力来驱动计划中的移动港口所需的质量。然而,KIMM的研究人员也了解到,稳定技术是有效的,这为将其商业化用于较小的船只,如游艇和起重机,以及双足行走机器人提供了机会。
结果
开发时间减少了70%.Park说:“如果没有基于模型的设计,开发控制器和硬件原型将需要10个月或更长时间。“通过模拟和优化系统,并根据控制器模型生成代码,我们在不到三个月的时间内完成了项目。”
节省了2万美元或更多的原型成本.Park指出:“通常情况下,在开发过程中需要对原型进行重大修改。“对于这个项目,实际硬件的性能与我们的磁悬浮系统Simulink模型的仿真结果相匹配,所以我们不需要修改我们的测试系统。金宝app消除多个原型可以节省时间,而且当原型成本为2万至3万美元时,就像这个项目一样,可以显著降低成本。”
提高了对设计性能的信心.Park说:“模拟结果与系统的实际性能相差不到10%。”“这种精确度令人印象深刻,它给了我们很大的信心,我们的设计一旦在Simulink中得到验证,就会像预期的那样工作。”金宝app
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