当我看到我的研究生竞争时，看看谁可以在他们建造的电动机动力滑板上保持最高的平均速度，我知道我已经实现了他们的两个最重要的目标目标。他们不仅获得了对基于模型的设计原则的深刻理解，他们也有很多乐趣。
Kevin Leiffels和Raphael-David Volmering设计并建造了电子长板，作为我的电子驱动和磁场定向控制(矢量控制)课程的最终项目。由两个独立的无刷直流电机(bldc)提供动力，长板可以携带一个骑手高达25公里(15.5英里)，最高速度超过40公里/小时(25英里/小时)(图1)。
图1. Kevin Leiffels在测试运行中拍摄电子字节。
基于模型设计的实践项目的价值
学生通过完成手持项目来获得对工程概念的更深入了解，而不是听讲座。即使是在测试中获得优秀成绩的学生也不会真正了解电动机的面向现场控制等概念，直到它们在现实世界中应用了这些概念。
基于模型的设计使学生能够在有限的时间内解决有意义的项目。例如，在一个学期的Raphael中完成了电子Longboard的印刷电路板设计，同时设计，实施和测试了控制器。凯文产生了超过15,000行的代码 - 比他可以在一个学期用手写的更多代码。
HS Bochum获得了总学术人数(TAH)许可证是大学的一个重要里程碑，也是我的课程的福音。学生可以自由使用MATLAB®和仿真软万博1manbetx件®在实验室内外的作业。这种灵活性具有高度动力。Matlab和Simu万博1manbetxlink是行业标准工具，学生知道，发展行业所需的技能，他们需要更多的工具练习，而不是通过在实验室工作。TAH许可还使我的工作更容易，因为我不再需要跟踪个人许可证。
建立需求
对于所有学生项目，我建立了一套基本要求，然后让学生提出自己的想法。E-LongBoard项目必须包括电源装置，两个单独的电机没有机械连接，以及实现导向的控制的DSP（图2）。该项目的控制部分必须具有挑战性，但足够简单，学生在一个学期中完成。每个学生必须使用基于模型的设计。在我看来，基于模型的设计是控制系统开发的最先义，因为它可以提前和全面地验证设计，低实现成本，对多个硬件平台的便携性以及短开发时间。
在基于模型的设计成为一种要求之前，学生们并没有学到很多关于真正的工程项目是如何进行的。例如，他们通常从一个预先打包的第三方电机控制器开始，编写几行C代码来让电机旋转，然后直接构建系统的其余部分以进行试错测试。当他们完成时，他们会发现系统不能满足他们的电力需求或满足所有的实时需求。因为他们没有通过模拟验证他们的设计，他们只是在为时已晚时才发现这些问题。
补充基本项目要求，学生包括对电子龙板的几个要求。除了指定单个电池充电的最小范围之外，这些要求定义了最大制动距离和电子长板需要能够攀爬的最小山坡。
设计和实施控制器
面向领域控制中的主要设计挑战是在电动机中的转子和定子场之间保持90°角。除了最小化磁通量的变化之外，使能快速瞬态响应，保持该角度最大化给定电流的电动机扭矩。凯文使用霍尔传感器测量转子位置，这是对面向现场控制和电路板的速度控制回路的关键输入。
基于凯文的控制器设计，在MathWorks的一个示例面向现场的控制项目上®网络研讨会。该示例包括用于控制三相永磁同步机（PMSM）的万博1manbetx速度和扭矩的模拟模型，其使用Simscape Electronics TM建模（图3）。我们发现该示例是良好的面向现场控制的实现。
从mathworks.com下载示例项目后，Kevin修改了e-longboard的参数，删除了不需要的部件，并添加了特性。在Simulink中运行了仿真之后，Kevin使用了Emb万博1manbetxedded Coder®为电路板的TI F28069微控制器生成C代码。此时，他开始评估系统的实时响应，以了解它是否符合他建立的实时要求。
凯文和拉斐尔主要靠自己工作，每周见我一次，这样我就可以监督他们的进展。在这个项目中，Kevin运用并扩展了他在HS Bochum之前的控制设计选修课中学到的基于模型的设计的基础知识，包括MATLAB和Simulink。万博1manbetx他依靠MathWorks的技术支持来解决他遇到万博1manbetx的任何技术问题，这使得他在工作中很少得到我的帮助。
一旦电子长板的其余部分已经构建好，印刷电路板也准备好了(图4)，凯文和他的同学开始在HS波鸿校园内外进行测试运行。
凯文骑在附近的湖泊周围 - 距离超过25公里 - 测试董事会的范围。在学生们竞争之前，这并不久是谁能通过维持顶级平均速度最快地消耗电池。在测试运行之后，kevin在运行期间捕获的后处理后的度量标准。例如，为了可视化电子LongBoard的速度响应，他在MATLAB中创建了所需速度和实际速度的组合图（图5）。
学生和课程的后续步骤
当凯文完成了HS Bochum的研究时，他开始为一家使用基于模型的设计的工程公司工作。当公司在凯文与电子Longboard取得成功时，他们就会雇用他。
凯文最有价值的课程之一是通过在实际实施之前通过建模和模拟验证要求，尽可能彻底核实要求。该公司现在，他的工作将支持我们即将使用Simulink验证和验证™（在R2017B转万博1manbetx换），因为它们也在寻求在开发中早期阶段验证要求。万博1manbetx
我正计划为下一组参加实地控制课程的学生做一些改变。我仍然需要基于模型的设计的动手项目，我将鼓励更多的学生构建一个增强版的电子长板。明年的课程版本将更加强调需求、逻辑模式和使用Simulink Verification and Validation, statflow的物理建模万博1manbetx®，和Simscape Electronics™。
我计划使用董事会激励明年的学生。我会把董事会带到课堂上，让学生在外面拍摄试驾，以便在他们前往实验室前使用基于模型的设计和面向现场的控制开始自己的项目。
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