在运动控制仿真软件

我是一个一级方程式(F1)赛车爱好者。是很重要的,因为在这个赛季的F1制造商的冠军比赛,我们看到一个比较两种设计策略:一个包括计算机仿真作为流程的一部分发展中至关重要的气动系统在F1赛车;另一个完全依赖计算机模拟航空包裹。

团队在最初使用平衡approach-including计算机流体力学(CFD)建模与实证原型试验风洞。该团队使用CFD-only策略(无风洞测试)是最后一名。

虽然这可能是巧合,毫无疑问,仿真软件需要有效和适当的应用。作为托尼·列侬经理,工业自动化在MathWorks, MATLAB和Simulink,生产商警告称:“模拟可以为您提供一些非常令人信服的错误的答案!我们看到仿真作为早期介入迭代式的设计和硬件测试过程。使用得当,模拟有助于完善思想更快,减少硬件测试,但它并不能消除需要执行测试!”

模拟在设计过程中

“模拟运动控制软件继续变得更加强大,“列侬解释说,“但也更容易使用。工程师可以更容易地描述复杂的控制系统,涉及电气、机械、和控制学科使用框图仿真模型,提供多种方式表达系统动力学”。

这些工具提供重要的输入在整个设计和调试过程。他们允许工程师预测运动控制性能迅速而廉价地使用软件模型代替,如果不是大多数,经验原型测试工程师被迫执行之前这些工具。

但是列侬很快指出,模拟结果提供仍需验证过程中重要的里程碑。

“推荐设计/开发过程”图显示了建议的方法对于复杂的运动控制系统。它始于一个设计概念。事实上,计算机仿真允许过程开始与多个设计概念,可以并行地探索。例如,人们可能会同时考虑使用导螺杆,或直线电机,甚至一个气压传动装置驱动机器人轴。如果它是一个基础动作系统,可以探索的多个组合drive-methods不同的轴。用这种方法,建模为设计师提供了大大改善了自由探索不同的设计选择。

找到权衡,很快

“运动仿真系统可以发生在许多层面上,“报道乔恩•麦克劳克林上游工序和设备开发主管部分宝洁公司(P&G)。“你可以使用一个基本的仿真要权衡设计参数之间的近似运动系统和机械/工艺设备。您可以使用一个特定于供应商的模拟来确定特定的运动控制组件需要满足您的业务需求。您可以使用一个高保真的模拟,以便更好地理解之间的复杂的相互作用过程中,机械系统,运动控制平台,有效地设计一个复杂的系统在任何资本。”

宝洁公司生产各种各样的消费品,所以麦克劳林的团队建立了运动控制系统各种各样的转换,包装,制造设备。他们遇到和解决一些非常复杂的运动控制问题。

哈维尔·古铁雷斯,高级产品经理对虚拟仪器仿真和控制设计工具,民族乐器,说,“通过建立的模型系统,用户可以有信息系统性能和吞吐量(甚至建立了之前),可以反馈给设计团队的其他部分改善机器”。

“这样的软件可用,列侬说,“设计权衡和发展路径变得更加透明的所有学科都代表模拟。系统开发人员可以使用低忠诚淘汰较弱的想法在过程的早期模型和添加更多的模型保真度随着设计方向的成熟。”

低成本、时间;平衡

最后,应该使用计算机仿真作为一种强大的工具在开发过程的所有阶段。但是,它应该平衡的精心策划和原型测试程序执行。实质性的收益(百分比减少开发成本,和几个月的日历时间保存)积累组织平衡两种方法。,最好的方法是把两个项目一起一个有经验的工程师的指导下可以判断仿真结果的可信度,并且知道何时花昂贵的原型测试的资源。

“模拟可以非常有用,如果通过正确熟练的从业人员,“麦克劳克林说。“模拟系统通常需要用户了解系统的理论框架,它总是有价值的。如果你然后一些实践经验和模型验证,然后你会得到一个真正有用的理解真正的系统,让你自信地设计系统,没有浪费的设计迭代工作。”

作者Nishant Unnikrishnan,机器人系统和组件制造商日本安川电气应用工程师,美国同意:“机器仿真开发人员用于编程代码已经能够准备好之前的每个组件的机器的运动执行机构。这帮助他们专注于机械方面的微调机一旦致动器被集成的机器上。保存时间,按时交付项目的压力显著降低。”

当然,原型测试是完成一个工程设计的黄金标准。俗话说,“事实胜于雄辩的证明吃”一样今天它是几百年前。问题在于,没有理论建模指导实证项目,测试可以快速退化成一个“碰运气”的命题,这是昂贵和费时,后与原型样机正在建造,测试,并取消了。

并行:速度比顺序

导演罗伯特•Muehlfellner自动化技术,B&R工业自动化,说:“模拟允许并行而不是顺序调试机器。而不是机器首先建机械,然后配备所有电气和电子元件,最后交给开发和测试应用程序代码的控制工程师,很多调试可以通过模拟而机电建设正在进行中。”

“运动控制算法是只有一小部分的代码,需要部署在运动系统中,“古铁雷斯说。“有很多像嵌入式运动控制的嵌入式方面执行,实时性能,循环抖动,沟通,司机,等等。”

Muehlfellner回应这些情绪:“现代仿真技术…允许机械负荷模型集成的仿真环境甚至验证驱动大小,预测前馈算法调优值和测试。然而,在许多应用程序系统的机械数据,如摩擦和惯性,并不清楚前期。因此模型不准确和基于这些模型的仿真结果不准确。”

,“很多机器建筑商Unnikrishnan说,“开发项目没有花足够的时间在数据收集、规划和组织。如果时间是花在收集相关信息机器正在开发,并组织信息,仿真可以用来错开工作负载和准备奠定基础。模拟被用来准备项目的框架是建立在。”

模拟可以为机器的性能提供了理论结果,Unnikrishnan承认。“这可以远离机器的实际表现。设计工程师应该理解当他们使用模拟作为一种工具在他们的发展。”

不仅仅是设计

计算机模拟的不只是帮助设计工作。当编程系统也是有用的,以及在测试阶段。麦克劳克林称,“模拟可以帮助设计师快速迭代最优的一组相互关联的控制和机械设计参数。它可以确保您选择为您的应用程序/大小合适的设备。模拟可以帮助设计师理解之间的复杂的相互作用过程中,机械系统和控制系统动力学,然后让他们设计一个完整的系统,将正常工作第一次构建。模拟或仿真,也可以用来加快调试通过测试的生产软件。”

另一方面,Muehlfellner警告说,“当心你的模拟环境和模型的局限性和准确性。模拟是一个很好的工具来预测结果很快在任何金属是削减对实体系统。然而,你的仿真结果只是一样好它们基于的模型。还有一个地方炼油模型更像是实际设备变得效率低下。”

麦克劳克林说,“事实上,这是一个混合的模拟和在地板上的验证带来最好的结果。模拟专家不欣赏实现的挑战,和工程师不欣赏的基本见解,理论上建立模拟提供都是限制他们可以提供的结果。当你一个人使用模拟作为他们的一个工具,连同他们的实践运动技能,你真的增长最大化他们的理解和对业务的影响。”

更多信息,请联系:< 0}。

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