ebm-papst利用模型设计开发了自动变速器电动辅助油泵

作为世界领先的电机和风扇制造商，ebm-papst之前从未设计过油泵。为了设计一种能够在极端温度下可靠运行的泵和控制器，工程师们首先需要建造一个原型来验证他们的设计想法。他们计划用电机上的分流电阻来测量电流，而不是用压力传感器。为了准确地估计压力仅基于这个测量，他们需要彻底地表征电机的电流和输出扭矩之间的关系，这是受许多参数的影响。然后，他们需要分析这个扭矩与泵的输出压力之间的关系，而输出压力受温度的显著影响。

在验证了这种方法后，工程师需要测试100多个泵和泵变体的性能，所有这些泵都在不同的速度、压力和温度下运行。在之前的设计项目中，工程师们手工进行了类似的实验，并将结果汇编在电子表格中，但这种方法无法使他们在截止日期前完成泵项目。

由于微控制器缺乏处理能力来处理一个标准的面向领域的控制设计，工程师们不得不设计和部署一个定制的控制器。他们需要一种自动化的方法在生产过程中校准控制器内部的系统模型，以考虑单个电机和泵之间的制造差异。

ebm-papst利用MATLAB和Simulink的基于模型的设计对辅助油泵进行了开发、测试和校准。万博1manbetx

在Simulink中，万博1manbetx工程师开发了基于磁场定向控制原理的永磁同步电机(PMSM)控制器模型。他们用Stateflow^®管理泵的工作模式，包括空转模式和各种压力-液位模式。

他们集成了信号处理工具箱™中的IIR滤波器，以消除来自霍尔传感器的电流测量和速度测量中的噪声。

工程师们基于控制器模型和PMSM的被控对象模型的闭环仿真结果改进了他们的控制器设计。

为了创建实时原型，他们使用Simulink Coder™从控制器模型生成代码，并使用Simulink real-time™在Speedgoat目标硬件上运行代码。万博1manbetx他们在一个带有实际电机和泵硬件的试验台中使用这个原型来验证控制设计。

测试表明，通过当前抽吸测量来计算压力是可能的，但由于泵部件的变化，在所有操作条件下的计算并不准确。

利用MATLAB和statflow，该团队创建了一个自动化测试套件，可以系统地改变温度、压力和电机速度，同时记录电流提取和其他测试数据。他们在三个月的时间里，每天24小时都在进行这个测试，以充分描述大约100个电机泵组合和部件变体。

该团队使用充满实验数据的查找表开发了简单的泵的Sim万博1manbetxulink模型，并运行模拟来微调控制设计，确定生产中使用的最佳泵。

软件工程师基于Simulink模型为目标单片机开发了控制器的ANSI-C代码。万博1manbetx他们通过比较代码输出和仿真结果来验证实现。

为了最大限度地提高压力控制的准确性，该团队开发了一个用于生产线末端制造过程的校准系统。该系统运行测试来表征电机和泵的特性，使用曲线拟合工具箱™填充基于测试测量的查找表，然后使用查找表在控制器内校准系统模型。

ebm-papst辅助油泵已批量生产，并已被德国汽车制造商使用。

• 整体开发时间减半。Löffler说:“在过去的项目中，我们手工编写原型，即使是很小的更改也需要对代码进行修改。”“万博1manbetxSimulink和Simulink Real-Time使我们能够快速开发概念验证原型，然后在我们的自动化测试平台中重用该原型，将项目的开发时间至少缩短了50%。”
• 系统调查时间减少60%。Löffler说:“即使有了复杂的实验设计，我们仍然要进行数百次测试，而且没有时间使用手动方法。”“有了MATLAB，我们自动化了测试，连续几个月24/7运行测试台，将研究我们的系统所需的时间减少了至少60%。”
• 支持在指定的微控制器上部署。万博1manbetxLöffler说:“在这个项目中，只有一个微控制器能满足我们的高温要求。”“这个微控制器的处理能力有限，但它没有推迟项目，因为基于模型的设计让我们在实现控制器设计之前运行模拟和实时测试来验证我们的设计。”