当我看到我的研究生竞争看谁能保持最高的平均速度在电动驱动滑板他们了,我知道我已经实现了我的两个最重要的目标,他们的项目。不仅他们获得了基于模型的设计原则的深入了解,他们也有很大的乐趣。
凯文Leiffels和Raphael-David Volmering e-longboard作为最终设计和建造项目为我的课程电动驱动器和定向控制(矢量控制)。由两个独立的无刷直流电机(刷),冲浪老手可以携带一个骑手多达25公里(15.5英里)的最高时速超过每小时40公里(25英里)(图1)。
图1所示。凯文Leiffels e-longboard在测试运行。
实践项目的价值和基于模型的设计
学生获得更深的理解工程概念通过完成实际项目而不是听一个讲座。即使学生在考试中取得优秀的成绩不真正理解间接磁场定向矢量控制的概念,如电动马达,直到他们在现实世界中应用这些概念。
基于模型的设计使学生在有限的时间解决有意义的项目。举个例子,在一个学期拉斐尔e-longboard印刷电路板的设计而完成凯文设计、实现,和测试控制器。凯文生成的代码超过15000行代码更加比他在一个学期可以手写。
HS波鸿收购总学术员工(发)许可证是大学的一个重要里程碑,也是我的课程。学生们可以自由使用MATLAB®和仿真软金宝app件®在实验室内外作业上。这种灵活性高度激励。MATLAB和Simu金宝applink是行业标准的工具,学生知道开发所需的技能与工具行业他们需要更多的实践比他们可以仅仅通过在实验室里工作。发执照也让我的工作更容易,因为我不再需要跟踪个人许可证。
建立需求
所有我的项目建立的基本要求,然后让学生提出自己的想法。e-longboard项目必须包括一个功率器件,不是机械地连接两个独立的马达,间接磁场定向矢量控制的DSP实现的控制部分(图2)。项目必须是具有挑战性的,但简单的学生在一个学期完成。每个学生必须使用基于模型的设计。在我看来,基于模型设计的控制系统开发的艺术,因为它使早期和彻底验证设计,实现成本低,多个硬件平台可移植性,短的开发时间。
基于模型的设计成为一个需求之前,学生们没有尽可能多的了解实际工程项目是如何进行的。例如,他们经常会从包装开始第三方电动机控制器,砍几行C代码一起电动机旋转,然后直接转移到构建反复试验测试系统的其余部分。当他们做他们会发现系统不符合他们的权力需求或满足所有的实时要求。因为他们没有通过仿真验证他们的设计,他们只发现这些问题的时候来不及做任何事情。
补充基本的项目需求,学生包括特定于e-longboard几个要求。除了指定最小范围一次电池,这些需求定义一个最大制动距离和最小希尔年级e-longboard将需要能够爬。
设计和实现的控制器
主要设计间接磁场定向矢量控制的挑战是维持90°角电机转子和定子之间的字段。除了减少磁通的变化,使快速瞬态响应,维护这个角度最大化电动机转矩给定电流。凯文·霍尔传感器用来测量转子位置,这是一个关键的输入定向控制和董事会的速度控制回路。
凯文他的控制器设计基于一个例子从MathWorks定向控制项目®网络研讨会。示例包括一个仿真软件模型的速度和转矩控制三相永金宝app磁同步电机(永磁同步电动机),这是使用建模Simscape电子™(图3)。我们发现的例子是一个很好的实现磁场定向控制。
从mathworks.com下载示例项目后,凯文e-longboard参数修改,删除不需要的部分,并添加功能。在仿真软件模拟运行后,凯文嵌入式程序员使用金宝app®为董事会的TI生成C代码F28069单片机。在这一点上,他开始评估系统的实时响应,看它是否满足了实时要求他。
凯文,拉斐尔在很大程度上他们自己的工作,会议我一周一次,这样我就可以跟踪他们的进展。在这个项目中,凯文应用和扩展基于模型设计的基本知识与MATLAB仿真软件,他获得了在早期控制设计在波鸿HS选修课。金宝app他从MathWorks依靠技术支持来解决他所遇金宝app到的任何技术问题,这使他从我使用很少的援助。
一旦e-longboard的其余部分被构造和印刷电路板(图4),凯文和他的同学们开始测试运行在波鸿HS校园。
凯文骑在附近lake-a超过25公里的距离测试板的范围。不久学生们相互竞争,看谁能最快耗尽电池保持最高的平均速度。测试运行后,凯文进行后期处理指标运行期间捕获。e-longboard形象化的速度响应,例如,他创建了一个结合图所需的速度和实际速度的MATLAB(图5)。
下一步的学生和课程
当凯文HS波鸿,他完成了他的研究开始为一家工程公司工作,使用基于模型的设计。当凯文的成功的公司学到e-longboard他们雇佣了他。
凯文最有价值的教训之一就是尽可能彻底验证需求的重要性通过建模与仿真在实际实现。他现在工作的公司将支持我们即将使用的仿真软件验证和确认™(R2017b转变),因为他金宝app们也试图验证需求在开发的早期阶段。金宝app
我计划下一组的一些改变继矢量控制学生的课程。我将仍然需要实践项目,基于模型的设计,和我将鼓励更多的学生建立一个e-longboard的增强版。明年的版本的课程将更加强调要求,逻辑模式,使用仿真软件验证和确认和物理建模,Stateflow金宝app®,分别和Simscape电子™。
明年我打算用董事会激励的学生。我必使董事会外班,让学生考试开车之前激起他们的兴趣去实验室开始使用基于模型的设计和定向控制他们自己的项目。
文章刊登在MathWorks新闻与笔记
