Simulatiesoftware Simulink®

Als voorbeeld nemen we een transportdrone in de logistiek. De aandrijvingen van de drone moeten aan hoge dynamische vereisten voldoen om de vliegende drone nauwkeurig en effectief aan te sturen. Ze moeten direct reageren op de aansturing, zonder schokken en met precies de juiste hoeveelheid kracht. De motoren die dit soort bijzonder nauwkeurige toepassingen aandrijven, moeten daarom aan bijzonder hoge verwachtingen voldoen.

De transportdrone is maar één van de vele toepassingsvoorbeelden waarvoor een simulatie van het aandrijfsysteem tijdens de ontwikkeling een waardevolle tool is. Het gaat hier niet alleen om het gedrag van de motor, wat redelijk kan worden gemodelleerd op basis van de parameters in het gegevensblad. Voor compleet aandrijfsysteem moeten ook het sensorsysteem en de besturing worden gemodelleerd. Met een realistische simulatie van deze componenten zijn er minder uitgebreide proeven met fysieke aandrijvingen nodig.

FAULHABER is de eerste leverancier van hoogwaardige micromotoren die de mogelijkheid biedt om de toepassingssituatie in een vroeg stadium van de ontwikkeling realistisch te simuleren. Het proces wordt ondersteund door een simulatiesoftware die veel ontwikkelaars wereldwijd gebruiken: Simulink. Deze software werkt met een zogeheten blokdiagramomgeving en een grafische interface, waarin simulaties met virtuele modellen mogelijk zijn zonder programmeerwerk. Marc Lux, toepassingstechnicus: "In een geïntegreerde omgeving kunnen verschillende oplossingen snel en eenvoudig worden getest. Zo kan een ontwikkelingsconcept in een heel vroeg stadium worden aangepast aan de daadwerkelijke toepassing."

Lux heeft zelf de basis gelegd voor het testen van FAULHABER-aandrijvingen met Simulink. Hiervoor heeft hij een componentbibliotheek samengesteld waarin alle borstelloze DC-motoren in het productassortiment zijn opgeslagen met de bijbehorende encoders en Motion Controllers. "Een motor bestaat uit een elektrisch en een mechanisch subsysteem. De samenhangen hiertussen kunnen worden beschreven met wiskundige vergelijkingen. In het model zijn de vergelijkingen voor de subsystemen onderling gecorreleerd, net als de componenten wanneer je een motor in het echt samenbouwt."

Door de typische invloeden van diverse sensorsystemen te modelleren, wordt het mogelijk om een realistische toerentalkarakteristiek te simuleren. Klanten kunnen de modellen van de aandrijvingen ook gebruiken om hun eigen controllers te ontwikkelen voor de aansturing van borstelloze motoren van FAULHABER. De modelgebaseerde methode kan tests met fysieke motoren niet volledig vervangen, maar wel de benodigde tijd en risico's van de ontwikkeling significant terugdringen.

Voor de simulatie van een aangestuurd aandrijfsysteem met componenten van FAULHABER biedt de bibliotheek modules voor koppel, toerental en motion control. De basis wordt gevormd door Motion Controllers uit de generatie 3.0, onder andere de MC 3001, MC 3603 en de MC 5005. In combinatie met een motor uit de bibliotheek en een configureerbare traagheid van de last, kunnen dezelfde parameters voor de controller worden bepaald die ook in een fysieke Motion Controller bestaan. Door het volledige aandrijfsysteem te simuleren, is het bijvoorbeeld mogelijk om realistische tijden voor de positionering te bepalen, de parameters voor de controller aan te passen of het gedrag van de aandrijving in verschillende ontwerpconcepten te vergelijken.

Om de simulatie gebruiksvriendelijk te maken, heeft Lux een Matlab-toolbox ontwikkeld. Matlab is een platform voor programmering en numerieke rekentaken. Scripts die zijn gemaakt in Matlab, kunnen worden gebruikt voor simulaties in Simulink. De virtuele toolbox bevat onder andere de verschillende modellen aandrijvingen, scripts en tabellen voor de berekening van controller- en motorparameters en grafische interfaces om de vereiste elementen voor de simulatie intuïtief te combineren.

De Simulink-bibliotheek is vanaf het begin van het jaar online beschikbaar voor klanten van FAULHABER. Het is bedoeld als aanvulling op bestaande tools, zoals de FAULHABER Drive Calculator. Het kan worden gebruikt om aandrijfsystemen te selecteren en om ze op modelbasis te integreren in de toepassing. En last but not least: de simulatie kan ook worden gebruikt om een digitale tweeling van de aandrijving te maken voor geavanceerde toepassingen in het IoT en Industrie 4.0.