Как проверить алгоритм управления на реальном микроконтроллере, если сам двигатель существует только в виде математической модели? Ответ — полунатурное моделирование (HIL).
Контекст задачи
Разработана система автоматического регулирования тока для двигателя постоянного тока. Наша цель — перенести ПИ-регулятор на реальный микроконтроллер STM32F446 и, применяя технологию HIL, добиться идентичности результатов при имитационном и полунатурном моделированиях.
Что сделали в Engee
✅Имитационное моделирование: Сначала настроили регулятор на модульный оптимум исключительно в программной среде, получив ожидаемые графики переходного процесса с заданным сигналом амплитудой 0,5 В и периодом 2 с.
✅Генерация кода: Из подсистемы ПИ-регулятора в Engee мы автоматически сгенерировали С-код.
✅Работа с железом: Полученный код собрали и загрузили в микроконтроллер через VS Code с использованием PlatformIO.
✅Сборка цепи: Связали аналоговые входы и выходы терминала КПМ РИТМ (модуль GP-LC-45) с выводами STM32F446. При этом ШИМ-выход микроконтроллера подключили к ЦАП через каскадный RC-фильтр нижних частот с частотой среза 7 кГц.
✅HIL-симуляция: Физическая модель контура тока рассчитывалась в реальном времени на КПМ РИТМ, получая управляющие сигналы напрямую от аппаратного микроконтроллера.
Результаты симуляции
В то время как "чистое" имитационное моделирование показывало идеальную отработку, HIL позволило выявить иную картину. График тока показал увеличенное перерегулирование, а установившееся значение оказалось меньше заданного.
В чем польза для инженера
Подобные динамические и статические ошибки мгновенно сигнализируют о неэффективной настройке регулятора для работы с реальным "железом". Технология HIL позволила нам наглядно увидеть задержки и искажения, которые вносит электронная схема передачи аналоговых сигналов, еще до подключения реального привода. Теперь эти элементы цепи можно перенести в исходную модель Engee, чтобы скорректировать алгоритм.
Полный проект и все материалы для самостоятельного воспроизведения сценария тестирования доступны в Сообществе Engee.
♦️С наступающим 23 февраля, друзья!
Пусть инженерный характер остается железным, решения точными, а воля — стальной даже в самых сложных задачах.
🎓 Школа моделирования уже стартовала!
🧑💻 Расписание бесплатных тренингов