用户故事

Murata Manufacturing通过基于模型的设计将能源管理系统控制软件的开发时间缩短了50%以上

挑战

缩短公司第一个能源管理系统产品的上市时间

解决方案

使用Simulink进行基于模型的设计,对控制器和电力电万博1manbetx子设备进行建模,运行仿真,并生成生产代码

后果

  • 控制软件开发时间减少50%以上
  • 没有缺陷的代码生成
  • 项目启动时间缩短

“在真实电路上验证之前,我们通过Simulink中的仿真检查认证所需的每一个要求——因为我们使用Embedded Coder直接从我们的模型生万博1manbetx成代码,所以我们的仿真和真实的嵌入式软件之间没有差距。”

马越博士,村田制造有限公司。

村田柔性锂离子电池三相能量管理系统。


作为智能家居/办公室/工厂计划的一部分,村田制造公司正在开发一种能源管理系统(EMS),该系统结合了太阳能电池板、电池控制器、并网逆变器和智能控制系统,以优化能源使用。当太阳能电池板产生的电力超过用户需要时,控制系统要么使用多余的能量给电池充电,要么将其反馈回电网。相反,当用户需要的电力超过太阳能电池板产生的电力时,控制系统要么对电池放电,要么从电网获取电力。

Murata工程师使用Simulink进行基于模型的设计万博1manbetx®为新的EMS产品线加快嵌入式控制软件的开发。

村田能源技术开发部经理马岳博士说:“EMS对我们来说是一个新市场,我们需要将风险降至最低。”。“使用Simulink进行基于模型的设计使我们能够缩短上市时间,这对我们来说是一个显著的优势。因为我们不是专业的程序员,所以对我们的控制设计进行建模和仿真,然后从模型中生成高质量的C代码对于尽快生成一个工作系统至关重要。”万博1manbetx

挑战

因为村田之前没有开发过EMS产品,所以工程团队必须从头开始。他们需要一种方法来模拟EMS中的逆变器、转换器和其他电力电子硬件,以便评估各种硬件拓扑。由于使用真实硬件测试系统既困难又昂贵,因此他们需要对控制系统进行建模,并使用带有电网模型的系统模型进行仿真,以验证正常运行条件下以及电网断电和浪涌等异常和难以测试条件下的设计。

由于竞争对手已经推出了EMS产品,村田希望凭借自己的产品迅速进入市场。s manbetx 845为了缩短控制系统的开发时间,工程团队希望直接从他们的模型中生成控制代码。由于团队中不超过3名工程师,而且以前也没有什么编程经验,他们觉得手工编写和调试控制代码会花费太长时间,并导致质量低下。

解决方案

村田的工程师采用基于模型的设计来设计和实现EMS嵌入式控制软件。

在开始该项目之前,马博士参加了为期三天的MathWorks培训课程,内容是基于模型的设计和代码生成的基础知识。

马博士和他的团队使用Simscape Electrical™创建了主要系统组件的一些工厂模型,包括太阳能变换器、电池DC-DC变换器和三相并网逆变器。模型是可调整的,这样他们就可以测试不同的硬件拓扑。

在添加测量块来计算关键信号的总谐波失真(THD)和均方根(RMS)后,该团队运行仿真,以检查这些指标在可接受的范围内,并比较不同的控制策略和硬件拓扑的性能。

在Simulink中,万博1manbetx团队对系统的PI控制器进行建模,然后使用Simulink控制设计对控制器和电厂的传递函数进行闭环仿真™ 调整控制参数。

进行了额外的闭环模拟,以评估设计对异常情况的响应,包括电网停电和相位不平衡,以及一些并网要求,包括故障穿越(FRT)和太阳能最大功率点跟踪(MPPT)。

使用Stateflow®,他们创建了状态转换图来建模EMS启动、关闭和异常序列,以及系统各种操作模式的状态转换。

为了在微控制器上实现控制逻辑,他们使用定点设计器中的自动缩放和其他省时工具将浮点设计转换为定点设计。

接下来,他们使用Embedded Coder从控制器模型生成C代码和code Composer Studio™项目®.最后,他们将其部署到TI公司生产的Piccolo™和Delfino™32位微控制器上。

该团队通过运行开环测试来执行基本检查,并通过验证系统闭环控制器和状态转换,一起测试微控制器和EMS电路,以用生产硬件验证代码。

村田已经使用基于模型的设计完成了EMS项目和光伏逆变器项目。该公司正在申请电网连接的JET认证,工程团队正在准备长期可靠性测试。

后果

  • 控制软件开发时间缩短50%以上。马博士说:“我们只用了三个工程师,用了大约六个月的时间就完成了控制软件。”“如果没有基于模型的设计,我们需要多花两到三倍的时间,或者我们需要雇佣更多的软件工程师。”
  • 没有缺陷的代码生成。马博士说:“因为我们的编程经验有限,我认为如果我们手工编写控制器,可能会有更多的错误。”“100%生成我们的代码保证了可靠性。我们阅读了输出结果,在我们用Embedded Coder生成的代码中没有发现任何漏洞。”
  • 项目启动时间缩短。马博士说:“在MathWorks培训班上,我学到了很多实用的技能和技巧,然后我与我的团队的其他成员分享。”“这一点,再加上每当我们遇到问题时,MathWorks都会给予我万博1manbetx们强有力的支持,帮助我们完成了整个项目。”