Analog Devices
Modellbasierte Entwicklung moderner Motorsteuerungssysteme
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Modellbasierte Entwicklung moderner Motorsteuerungssysteme
Der experimentelle Aufbau, der als Hintergrund für diesen Beitrag verwendet wurde, basiert auf einem ARM Cortex-M4 Mixed-Signal-Steuerungsprozessor von Analog Devices. Dieser wird zusammen mit kombinierten Tools von IAR und MathWorks verwendet, um eine komplette Implementierung der MBD-Plattform zu erhalten. Jeder der oben erläuterten Schritte hat einen direkten Link zu den verfügbaren Tools und zur gesamten Implementierung. Wie aus Bild 5 ersichtlich, bietet jede Toolkette einen Bereich an Werten. Beim MBD muss der Entwickler entscheiden, wie er eine ausgewogene Nutzung dieser Toolketten gegenüber der gesamten Wertschöpfung der unabhängigen MBD-Plattform erreicht.
Für die Zielplattform steht jetzt eine Echtzeit-Entwicklungsumgebung zur Verfügung, um die Leistungsziele und die Funktionen des Systems zu modellieren, zu simulieren, zu evaluieren sowie zu implementieren und zu optimieren. Dies alles basiert auf MBD. Aus der ausgewogenen Wahl der Systemparameter resultiert höchste Flexibilität dort, wo spezielle Optimierungen erforderlich sind. Sobald die richtigen Device-Treiber für ein System entwickelt sind, können Entwickler die Systemressourcen, Hardware-Elemente und Anwendungs-Software für die Endanwendung oder das finale System ändern. Da sich die Echtzeitaspekte des System-Timings kontrollieren lassen, ist eine Optimierung der System-Zeitabläufe direkt über diese Umgebung möglich.
Bei näherer Betrachtung des klassischen Aufbaus eines Treibersystems lassen sich die Fähigkeiten dieser Architektur jetzt visualisieren. Es ist möglich, alle Elemente im Antrieb zu optimieren und das Engagement auf das Element zu richten, welches am wichtigsten für das Endsystem ist. Dies bedeutet, dass, falls Schutzfunktionen und Umfang von großer Bedeutung sind, der Fokus auf das mechanische System in Kombination mit dem elektrischen Steuerungs- und Versorgungssystem gelegt werden kann.
Eine Mischung aus simulierten Ergebnissen und Echtzeitdaten kann zur Überwachung (Monitoring) des Systemverhaltens verwendet werden. Dies bildet eine »Live«-Optimierung. Falls andererseits Rauschen die Effizienz des Systems beeinträchtigt, können entsprechende Messungen in skalierbaren Filtern verwendet werden, die das Rauschen in der Hardware minimieren und einen optimalen Zustand herstellen.
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Alle Stufen oder Elemente im Modell des Antriebsystems werden jetzt durch ein MATLAB- und Simulink-Modell repräsentiert, das auf das richtige Maß für optimale Entwicklungskriterien skaliert ist. Jedes Element im Modell basiert auf Standard-Toolboxes und Blocksets von MathWorks und kann je nach Design in Verbindung mit jedem Element wiederverwendet werden. Durch Echtzeit-Implementierungsmethoden und Kompilierung in dieser gemischten Umgebung ist es auch möglich, vorhandenen und von Hand geschriebenen C-Code mit auf den für ARM Cortex M4 optimiertem C-Code (generiert von Embedded Coder, dem Production Code Generation Tool für MATLAB und Simulink) zu kombinieren. An dieser Stelle kann die IAR Embedded Work Bench den generierten Code nutzen und das komplette Projekt für den ARM Cortex M4 kompilieren.
Beim MBD lassen sich »Profiling«, Cross-Optimierungsoptionen und wesentliche Vorteile für die Entwicklung sicherheitskritischer Systeme kombinieren, so dass »Overheads« bei der Code-Entwicklung minimiert und die besten Ergebnisse hinsichtlich der Leistungsfähigkeit erreicht werden. MathWorks bietet Tool-Qualifizierung für die Nutzung von Embedded Coder mit IEC 61508, ISO 26262 und damit verbundenen Standards für funktionale Sicherheit an.
Dieser Mix an Fähigkeiten ist in einem Standard-Design-Ablauf wesentlich schwerer zu erreichen. Im obigen Beispiel ist ein Standard FOC-Modell in die ADSP-CM40x Serie von Analog Devices implementiert. In diesem Modell erfolgen Positions- und Stromschleifen-Feedback in 15 µs. Dies unterstützt Echtzeit-»Profiling« des Stromkonzepts und des Debuggings. Es ermöglicht auch das Verfolgen der Funktionalität des gesamten FOC-Konzepts. MBD-Simulationsergebnisse und Echtzeitdaten können jetzt evaluiert und mit der idealen Systemfunktionalität in Bezug auf die Zielspezifikation verglichen werden.
In diesem Beitrag wurde eine »neue« Möglichkeit zur Entwicklung von Motorsteuerungssystemen mit MDB beschrieben. Moderne Embedded-Prozessoren müssen ein ausgewogenes Verhältnis aus Leistungsfähigkeit, Kosten und Abmessungen bieten, um die Entwicklung und Higher-Level-Abstraktionen von grafischen Tools zu erlauben. Somit entsteht die Basis für Systeme, die hinsichtlich Time-to-Market, funktionale Sicherheit (Safety), Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit hoch optimiert sind.
Anders Frederiksen ist Motor and Power Segment Marketing Manager bei Analog Devices.
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