La libreria di Simulink per lo sviluppo e il gemello digitale

Come si comporterà realmente un azionamento in un’applicazione reale? Per i motori brushless CC di Faulhaber, possiamo rispondere a questa domanda senza alcun hardware. Recentemente sono stati salvati come moduli virtuali in una libreria e possono essere integrati in applicazioni modellate mediante il software di simulazione Simulink. Il comportamento simulato serve da indicatore per le situazioni reali. Bastano pochi clic per «provare» diversi azionamenti. Questo semplifica notevolmente il processo di sviluppo.

Prendiamo come esempio un drone da trasporto impiegato nella logistica. I suoi azionamenti devono soddisfare requisiti dinamici elevati per consentire il controllo preciso e reattivo dell’oggetto in volo. Devono reagire senza ritardi percettibili, in modo armonico e con una forza definita con precisione. Per questo, i motori che azionano applicazioni ad alta precisione come queste devono soddisfare requisiti molto elevati.

Risparmiare tempo e ridurre i rischi

Il drone da trasporto non è che un esempio delle numerose applicazioni in cui la simulazione dei sistemi di azionamento costituisce un valido strumento in fase di sviluppo. In questo caso quello che conta non è solo il comportamento del motore, che può essere modellato senza troppe difficoltà sulla base dei parametri della scheda tecnica. In effetti, un sistema di trasmissione completo richiede anche la simulazione del sistema di rilevamento e controllo. Una modellazione realistica di questi componenti aiuta a ridurre la necessità di effettuare test approfonditi con veri azionamenti fisici.

Faulhaber è stato il primo fornitore di micromotori di alta qualità a dare la possibilità di simulare realisticamente la situazione applicativa in una fase iniziale dello sviluppo. Tutto questo è possibile grazie a un software di simulazione impiegato da tantissimi sviluppatori in tutto il mondo: Simulink offre un cosiddetto ambiente di diagrammi a blocchi e un’interfaccia grafica in cui è possibile fare simulazioni con modelli virtuali senza nessuna programmazione.

«Diverse soluzioni possono essere testate in modo semplice e veloce in un ambiente integrato. Questo consente di adattare anzitempo l’idea da sviluppare all’applicazione reale», spiega l’ingegnere applicativo Marc Lux.

Integrazione del sistema dei sensori e del controllo

È stato proprio lui a porre le basi per testare gli azionamenti Faulhaber con Simulink. Ha creato una libreria di componenti dove ha salvato non solo tutti i motori brushless CC in catalogo ma anche gli encoder e i controlli di posizione corrispondenti.

«Un motore consiste di un sotto-sistema elettrico e uno meccanico. Le interazioni tra loro possono essere descritte con equazioni matematiche. Nel modello le equazioni dei sottosistemi sono interconnesse tra loro, proprio come i singoli componenti quando si assembla un vero motore fisico».

Modellando le influenze tipiche dei diversi sistemi di sensori è possibile simulare una caratteristica realistica della velocità. I modelli di azionamento possono essere usati dai clienti anche per lo sviluppo di propri controlli per azionare i motori brushless Faulhaber. Per quanto questo non vada a sostituire i test sui motori fisici, questo metodo basato su modelli fa risparmiare tempo e riduce significativamente i rischi associati allo sviluppo.

Per la simulazione di un sistema di azionamento controllato con componenti Faulhaber, la libreria offre moduli per il controllo della coppia, della velocità e della posizione. Alla base troviamo controlli di posizione della generazione 3.0, tra cui ad esempio i modelli MC 3001, MC 3603 e MC 5005. In combinazione con un motore della libreria e un’inerzia del carico configurabile, è possibile determinare gli stessi parametri del controllo che sussistono in un controllo di posizione fisico. Simulando il sistema di azionamento completo, ad esempio, si possono calcolare i tempi di posizionamento realistici, adattare i parametri di controllo o confrontare il comportamento dell’azionamento a seconda dell’applicazione di concetti diversi.

Un pratico toolbox

Per rendere la simulazione più facile da usare Marc Lux ha sviluppato un toolbox Matlab. Matlab è una piattaforma di programmazione e calcolo numerico. Gli script creati con questa piattaforma possono essere utilizzati per la simulazione con Simulink. Il toolbox virtuale comprende, tra le altre cose, i vari modelli di azionamento, gli script e le tabelle per il calcolo dei parametri dei controlli e dei motori, nonché le interfacce grafiche per combinare gli elementi necessari alla simulazione in modo intuitivo.

Dall’inizio dell’anno la libreria Simulink è disponibile online per i clienti di Faulhaber. Lo scopo è quello di integrare gli strumenti già disponibili come ad esempio il Faulhaber Drive Calculator.

Può essere impiegato sia per la selezione di un sistema di azionamento che per l’integrazione basata su modelli nell’applicazione reale. Non da ultimo, la simulazione serve anche a creare un gemello digitale di un azionamento che può essere utilizzato per delle funzioni avanzate nel contesto dell’Internet of Things (IoT) e dell’Industria 4.0.

 

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