Программно-аппаратный стенд для обучения студентов. Часть 1: HIL
08.10.2019
Как выпускники технических ВУЗов и имея опыт выполнения заказных работ по разработке систем автоматического управления, мы сформировали некоторое видение навыков, которые были бы полезны молодым специалистам в дополнение к тому, что они уже получают в ВУЗе. В основном эти навыки связаны с более быстрым получением результатов при разработке систем электропривода.
В этой короткой заметке постараюсь описать первую конфигурацию стенда (HIL, безмоторный стенд) и его назначение с точки зрения образовательного процесса.
Цели, которые мы преследуем:
- Научить студента проводить безопасные испытания в реальном времени. Если быть точнее, то мы хотели бы “застолбить" в головах студентов следующие аспекты:
- Моделировать в реальном времени можно произвольные системы (в данном случае электропривод на ваш выбор)
- Моделировать в реальном времени не сложно, поскольку для этого есть готовые, удобные инструменты.
- Приучить студента больше времени проводить в модели для отладки поведения системы и разработки систем управления.
- Получать ответы на поставленные перед разработчиком вопросы можно быстро с помощью моделирования.
- На модели можно проводить испытания в произвольных (например, аварийных) режимах без риска поломки оборудования.
- Познакомить с технологией модельно-ориентированного проектирования и промышленным оборудованием, используемыми в реальных проектах.
Рис. 1. Математическая модель стенда в Simulink на ПК
Состав первой конфигурации стенда (HIL):
1. КПМ РИТМ с моделью электрического двигателя и силового преобразователя реального времени в Simulink.
Рис 2. Математическая модель электрической машины
Рис 3. Комплекс полунатурного моделирования РИТМ
Рис 4. Пример захвата реального ШИМ в модели Simulink реального времени
2. Серийный микроконтроллер на базе процессора С2000 с открытой “прошивкой” на языке С для управления электрическим двигателем
Рис 5. Микроконтроллер для управления электрической машиной
Рис 6. Оценка работы системы управления
Чему можно учить студента с помощью этого стенда:
-
Моделирование электрической машины и силового преобразователя
-
-
Построение модели физической системы в Simulink (библиотеки, выбор решателя)
-
Подгонка параметров модели на базе экспериментальных данных для повышения точности модели
-
Знакомство с операционными системами реального времени
-
Подготовка модели для запуска в режиме жесткого реального времени (дискретизация, подключение драйверов для общения с микроконтроллером)
-
Запуск модели в реальном времени на КПМ РИТМ
-
-
Разработка алгоритма управления для системы электропривода
-
-
Построении и отладка модели алгоритма в Simulink
-
Подготовка алгоритма к автоматической генерации С кода из модели
-
-
Проверка алгоритма управления в реальном времени
-
-
Знакомство с микропроцессорным управлением
-
Реализация алгоритма управления на микропроцессоре С2000
-
Логирование и визуализация сигналов для анализа работы системы
-
Достижение необходимых показателей качества управления
-
Внесение неисправностей в работу системы и анализ поведения системы
-
Итого, можно провести студента от концепта "системной модели" до реализации реальной системы управления электрическим двигателем в микроконтроллере. Мы готовы подстроить стенд под ваши цели обучения.
Можем продемонстрировать работу, показать все модели, подключения и т.д. И доработать стенд под ваш курс. Однако мы совсем не сильны в оформлении лабораторных работ и написании методичек, как это принято в ВУЗах, так что здесь расчитываем на вашу помощь.
В следующих публикациях постараюсь описать другие конфигурации стенда уже с управлением реальным, а не виртуальным мотором.
Комментарии
Коллега, у вас в статье что-то с нумерацией, вроде пункта всего три, а нумерация 1,3,5. А вообще спасибо за хорошее оформление и простой язык статьи.
Приедете посмотреть на стенды? Нумерацию поправил, велики и чудны дела нумерованного списка в этой форме.