ユーザー事例

村田製作所がモデルベースデザインによりエネルギー管理システム制御ソフトの開発期間を50%以上短縮

課題

同社初のエネルギー管理システム製品の市場投入までの期間を短縮する

ソリューション

コントローラーとパワーエレクトロニクスのモデル化とシミュレーションを行い,量産コードを生成するために,金宝app仿真软件でモデルベースデザインを使用する

結果

  • 制御ソフトウェア開発期間を50%以上短縮
  • 欠陥のないコードの生成
  • プロジェクトの始動を迅速化

“認証に必要なすべての要件を,実際の回路で検証する前に仿金宝app真软件のシミュレーションで確認します。また、嵌入式编码器を使用してモデルから直接コードを生成したために,シミュレーションと実際の組み込みソフトウェアとの間にギャップはありません。」

悦氏,株式会社村田製作所

村田製作所製リチウムイオン蓄電池付きフレキシブル3相エネルギーマネージメントシステム


村田製作所は,スマートホームイニシアチブの一環として,ソーラーパネル,電池,インテリジェント制御システムを組み合わせたエネルギー管理システム(EMS)を開発し,エネルギー使用量を最適化しています。ソーラーパネルが家庭のニーズよりも多くの電力を生成した場合,制御システムは過剰なエネルギーを使用して電池を充電するか,グリッドに電力を戻します。逆に,ソーラーパネルによって生成されるよりも多くの電力を家庭が必要とする場合,制御システムは電池を放電するか,グリッドからの電力を使用します。

村田製作所のエンジニアたちは,新しいEMS製品ラインの制御ソフトウェアの開発をスピードアップするために,仿真金宝app软件®モデルベースデザイン(モデルベース開発,MBD)を使用しました。

“EMSは私たちにとって新しい市場であり,リスクを最小限に抑える必要がありました”と,村田製作所のエネルギー技術開発マネージャー,马悦氏は述べています。“金宝app仿真软件のモデルベースデザインにより市場投入までの時間を短縮できたことは,私たちにとって大きな利点でした。私たちは専門家のプログラマーではないので,制御設計をモデル化およびシミュレートし,そのモデルから質の高いCコードを生成できることが,正しく機能するシステムを最短の期間で作り出すために不可欠でした。」

課題

EMS製品を村田製作所では開発したことが無かったため,エンジニアチームはゼロからスタートしなければなりませんでした。様々なハードウェアトポロジーを評価するために,EMS内のインバータ,コンバータ,および他のパワーエレクトロニクスハードウェアをシミュレートする方法が必要でした。実際のハードウェアでシステムをテストすることは困難で費用がかかるので,制御システムをモデル化し,電力網モデルを含むシステムモデルを使用してシミュレーションを実行し,正常な動作状況と,電力網の停電やサージなどという異常でテストが困難な状況の両方で,設計を検証する必要がありました。

競合他社は既にEMS製品を導入しているため,村田製作所は自社製品をすばやく市場に投入したいと考えていました。制御システムの開発期間を短縮するために,エンジニアリングチームはモデルから直接制御コードを生成することを希望しました。チームのエンジニアは最大3人で,プログラミング経験はほとんどないため,制御コードを手書きし,デバッグするには時間がかかりすぎると思いました。

ソリューション

村田製作所のエンジニアたちは,モデルベースデザインを用いて,EMS組込み制御ソフトウェアを設計し,実装しました。

このプロジェクトを開始する前に,玛氏はモデルベースデザインとコード生成の基礎に関する3日間のMathWorksトレーニングコースに参加しました。

玛氏とチームは,太陽光コンバータ,直流-直流コンバータ,三相インバータなどの主要なシステム部品のプラントモデルを作成するためにSimscape电气™を使用しました。このモデルは,異なるハードウェアトポロジーをテストできるように調整可能でした。

主要信号の全高調波歪み(THD)および二乗平均平方根(RMS)を計算するために測定ブロックを追加した後,チームはシミュレーションを実行して,これらの測定基準が許容範囲内にあることを確認し,異なるハードウェアトポロジーの性能を比較しました。

金宝app仿真软件で作業して,チームはシステムのπコントローラーをモデル化し,その後,制御パラメータを調整するために仿真软件控制设计™を使用してコントローラーおよびプラントで閉ループシミュレーションを実行しました。

停電,グリッドからのサージ,およびシステム内の過電流状態を含む,異常な状況に対する設計の対応を評価するために,追加の閉ループシミュレーションを実施しました。

Stateflow®を使用して,彼らはEMS起動およびシャットダウンシーケンス,ならびにシステムの様々な動作モードの状態遷移をモデル化するための状態遷移図を作成しました。

マイクロコントローラーに制御ロジックを実装するため、定点设计器で自動スケーリングやその他の時間節約ツールを使用して、浮動小数点設計を固定小数点設計に変換しました。

次に,嵌入式编码器®を使用してコントローラーモデルからCコードを生成しました。代码作曲家工作室™を使用してコードをコンパイルし,それを短笛™シリーズ及び参与™32ビットマイクロコントローラーに展開しました。

展開されたコードの基本的なチェックを実行するために開ループテストを実行した後,チームは,マイクロコントローラーをEMS回路に接続して,コードを量産ハードウェアで検証しました。

村田製作所は,モデルベースデザインによるEMSプロジェクトと太陽光発電インバータプロジェクトの両方を完了しました。同社は系統連系の認証を申請しており,エンジニアリングチームは認証試験の準備を進めています。

結果

  • 制御ソフトウェア開発期間を50%以上短縮。“わずか3人のエンジニアが約6カ月で制御ソフトウェアを完成させました。モデルベースデザインがなければ,2倍から3倍の時間がかかっていたか,より多くのソフトウェアエンジニアを雇用する必要があったでしょう”马と氏は述べています。
  • 欠陥のないコードの生成。“私たちのプログラミング経験は限られていたので,コントローラーのコードを手作業で記述していたら,より多くのバグが発生していたでしょう”马と氏は語ります。“コードを100%生成したことで,信頼性が向上しました。嵌入式编码器で生成したコードにはバグがありませんでした。」
  • プロジェクトの始動を迅速化。“MathWorksのトレーニングクラスでは,私は多くの実践的なスキルと技能を学び,その後チームの仲間と共有しました。問題が発生したときにMathWorksから強力なサポートを受けられただけでなく,プロジェクト全体の実行に役立ちました”马と氏は述べています。