用户故事

村田制造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

缩短公司首个能源管理系统产品试验的上市时间

解决方案

使用Simulink的基于模型的设计来建模控制器和电力电万博1manbetx子设备，运行仿真，并生成生产代码

结果

  • 控制软件开发时间缩短50%以上
  • 生成无缺陷的代码
  • 项目开工时间缩短

“在真正的电路上验证之前，我们会通过Simulink中的仿真来检查认证所需的每个要求，因为我们使用Embedded Coder直接从我们的模型万博1manbetx生成代码，所以我们的仿真和真正的嵌入式软件之间没有差距。”

马岳博士村田制造株式会社
村田柔性三相能量管理系统与锂离子电池。

村田柔性三相能量管理系统与锂离子电池。

作为其智能家居/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量超过用户需求时，控制系统要么用多余的能量给电池充电，要么将其反馈到电网中。相反，当用户需要的电力超过太阳能电池板所产生的电力时，控制系统要么释放电池，要么从电网获取电力。

村田的工程师使用Simulink的基于模型的设计万博1manbetx®为新的EMS产品线加速嵌入式控制软件的开发。

村田能源技术开发部经理Yue Ma博士表示:“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万博1manbetx缩短上市时间，这对我们来说是一个显著的优势。因为我们不是编程专家，建模和模拟我们的控制设计，然后根据我们的模型生成高质量的C代码，这对于尽快生成一个工作系统是至关重要的。”

挑战

由于村田之前没有开发过EMS产品，工程团队不得不从头开始。他们需要一种方法来模拟EMS中的逆变器、变换器和其他电力电子硬件，以评估各种硬件拓扑。由于用实际硬件测试系统是困难和昂贵的，他们需要对控制系统建模，并使用带有电网模型的系统模型运行仿真，以在正常运行条件下以及在异常和难以测试的条件下(如电网断电和浪涌)验证设计。

由于竞争对手已经推出了EMS产品，村田村田希望通过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生成控制代码。由于团队中只有三个工程师，而且之前几乎没有编程经验，他们觉得手工编写和调试控制代码会花费太长时间，而且质量很差。

解决方案

村田公司的工程师采用基于模型的设计方法来设计和实现EMS嵌入式控制软件。

在开始项目之前，马博士参加了为期三天的MathWorks基于模型的设计和代码生成基础的培训课程。

马博士和他的团队使用Simscape Electrical™创建了一些主要系统组件的工厂模型，包括太阳能转换器、电池DC-DC转换器和三相并网逆变器。模型是可调的，这样他们就可以测试不同的硬件拓扑。

在添加测量块以计算关键信号的总谐波失真(THD)和均方根(RMS)后，团队进行了模拟，以检查这些指标是否在可接受的范围内，并比较不同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，然后使用控制器和工厂的传递函数对口进行闭环模拟，使用Simulink Control Design™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，包括停电和电网的相位不平衡，以及一些并网要求，包括故障穿越(FRT)和太阳能的最大功率点跟踪(MPPT)。

使用Stateflow®，他们创建了状态转换图来模拟EMS启动、关闭和异常序列，以及系统各种运行模式的状态转换。

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节省时间的工具将浮点设计转换为定点。

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制造的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，将微控制器和EMS电路一起测试，以验证生产硬件的代码。

村田公司使用基于模型的设计完成了EMS项目和光伏逆变器项目。公司正在为电网连接申请JET认证，工程团队正在为长期可靠性测试做准备。

结果

  • 控制软件开发时间缩短50%以上。马博士说:“我们只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，这将需要两到三倍的时间，或者我们需要雇佣额外的软件工程师。”
  • 生成无缺陷的代码。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，会出现更多的错误。”“生成100%的代码保证了可靠性。我们阅读了输出，在用Embedded Coder生成的代码中没有发现任何错误。”
  • 项目开工时间缩短。马博士说:“在MathWorks培训课程中，我学到了很多实用技能和技巧，然后与团队的其他成员分享。”“这一点，再加上MathWorks在我们遇到问题时提供的强大支持万博1manbetx，帮助我们完成了整个项目。”

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