Model-Based Calibration Toolbox

Modellieren und Kalibrieren von komplexen Antriebssystemen

 

Die Model-Based Calibration Toolbox™ enthält Apps und Entwicklungswerkzeuge für die Modellierung und Kalibrierung komplexer nichtlinearer Systeme. Sie kann kann in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt werden, darunter Antriebssysteme wie Motoren, elektrische Maschinen, Pumpen und Lüfter sowie außerhalb der Automobilbranche Systeme wie Strahltriebwerken, Schiffsschrauben und Bohrausrüstung. Sie können optimale Testpläne definieren, statistische Modelle automatisch anpassen und Kalibrierungs- und Lookup-Tabellen für Systeme mit vielen Freiheitsgraden erzeugen. Diese Aufgabe würde bei der Verwendung herkömmlicher Verfahren einen enormen Testaufwand bedeuten. Mit den Toolbox-Apps oder den MATLAB-®Funktionen können Sie den Modell-Anpassungs- und -Kalibrierungsprozess automatisieren.

Modelle, die mit der Model-Based Calibration Toolbox erstellt wurden, können nach Simulink® exportiert werden, um Reglerentwurf, Sensitivitätsanalysen, Hardware-in-the-Loop-Tests und andere Simulationsaufgaben zu unterstützen. Kalibrierungstabellen können nach ETAS INCA und ATI Vision exportiert werden.

Erste Schritte:

Tests entwerfen und verwalten

Entwerfen Sie einen Testplan, der optimal auf Ihre Analyseanforderungen abgestimmt ist

Statistische Versuchsplanung

Mit der Model-Based Calibration Toolbox™ können Sie einen Testplan basierend auf Statistischer Versuchsplanung (Design of Experiments) entwerfen. Dieser Ansatz spart Testzeit, da Sie nur jene Tests durchführen müssen, die zur Bestimmung der Form der Systemreaktion erforderlich sind.  Die Toolbox bietet ein komplettes Spektrum bewährter Versuchspläne, einschließlich Space-filling-Designs, sowie optimale und klassische Designs.

Mithilfe des Design Editors können Sie ein Space-filling-Design definieren und dessen Eigenschaften untersuchen.

Teststrategien

Die Model-Based Calibration Toolbox integriert das Erstellen von experimentellen Designs mit  drei häufig verwendeten Teststrategien: einstufig, zweistufig und Punkt-für-Punkt. Jede Teststrategie verfügt über einen passenden Testplan und Modelltyp.

Weisen Sie Ihre lokalen/globalen Variablen für den gewählten Modelltyp zu.   

Modellieren der Systemhülle

Bei der Ermittlung der Daten und Modellierung des Motors müssen die Betriebsbereiche berücksichtigt werden, die physikalisch getestet werden können. Mit der Model-Based Calibration Toolbox können Sie Ihre experimentellen Designs mit Begrenzungen versehen und Grenzwertmodelle erstellen, die den realisierbaren Bereich für Test und Simulation beschreiben. Zu den unterstützten Grenzwertmodellen gehören konvexe Hüllen, die die minimale konvexe Menge aller Datenpunkten beschreiben.

Definition und Darstellung des zulässigen Testbereichs und der zugehörigen Testbedingungen mit dem Boundary Editor.   

Datenanalyse und Response-Surface-Modellierung

Analysieren und visualisieren Sie Ihre Testdaten und passen Sie sie dann Response-Surface-Modelle an

Datenvorverarbeitung

Die Model-Based Calibration Toolbox enthält Tools, mit denen Daten analysiert und in ein für die Modellierung geeignetes Format gebracht werden können. Mit dem Data Editor können Sie eine Vielzahl von Vorverarbeitungsaufgaben ausführen, einschließlich Filtern zum Entfernen unerwünschter Daten, Hinzufügen von Testnotizen zur Dokumentation, Transformieren oder Skalieren von Rohdaten, Gruppieren von Testdaten und Abgleichen von Testdaten mit Versuchsplänen.

Auswahl einer Untermenge von Tests mit dem Data Editor und Anzeige der Daten in verschiedenen Formaten: als 2D- oder 3D-Darstellung sowie als Tabelle.       

Anpassung des Modells an die Daten

Die MBC-Model-Fitting-App bietet Ihnen interaktive Tools zur Anpassung und Validierung von Systemmodellen. Es steht eine Vielzahl von Modellen zur Verfügung, mit denen Sie statistische Modelle erstellen können, die Ihre Daten genau repräsentieren. Sie können zwischen Gauß-Prozess-Modellen, radialen Basisfunktionen, Polynomen, Splines und benutzerdefinierten nichtlinearen Modellen wählen.  Mit der App ist es einfach, mehrere verschiedene Modelle zu vergleichen, so dass Sie Vertrauen in die resultierende Modellanpassung gewinnen können.

Mit der MBC-Model-Fitting-App können Sie verschiedene Modelltypen für einen Ottomotor anpassen und auswerten.

Optimale Kalibrierungen erzeugen

Definieren Sie Ihre Regelungsziele und kalibrieren Sie Lookup-Tabellen

Optimieren der Motorleistung

Mit der MBC-Optimization-App der Model-Based Calibration Toolbox können Sie optimale Kalibrierungen für Lookup-Tabellen generieren, welche Motorfunktionen steuern wie Zündung, Kraftstoffeinspritzung, sowie das Steuern der Ein- und Auslassventile. Bei der Kalibrierung dieser Funktionen müssen in der Regel Zielkonflikte zwischen Motorleistung, Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und Emissionen berücksichtigt werden. Sie können damit Folgendes tun:

  • Abwägen von Zielkonflikten zwischen konkurrierenden Designzielen
  • Durchführen von beschränkten Mehrzieloptimierungen
  • Ausführen von gewichteten Optimierungen basierend auf typischen Fahrzyklen
  • Exportieren von Kalibrierungen nach ETAS INCA und ATI Vision

Der SKYACTIVE-D-Motor von Mazda.    

Optimierung von Systemen mit mehreren Betriebsmodi

Komplexe Kalibrierungsaufgaben erfordern unter Umständen unterschiedliche Optimierungen für verschiedene Tabellenbereiche. Der Ausfüll-Assistent ermöglicht Ihnen das schrittweise Ausfüllen der Tabellen mit den Ergebnissen mehrerer Optimierungen. So erhalten Sie dank vorhandener Tabellenwerte eine glatte Interpolation. Sie können ebenso mehrere Modelle kombinieren, die die Systemantwort unter verschiedenen Betriebsmodi veranschaulichen. Zweck ist es, eine Tabelle für alle Modi oder eine Tabelle für jeden Modus auszufüllen.

Erzeugung optimaler Kalibrierungen für Motoren mit mehreren Betriebsarten mit der MBC-Optimization-App.

Kalibrierung der Estimator-Funktionen

Die Steuer-Software beinhaltet oft Funktionen zur Schätzung von Größen, die nur schwer während der Fertigung gemessen werden können oder deren Messung zu teuer wäre, beispielsweise das Drehmoment oder die Luftfüllung. Mithilfe der MBC Optimization-App können Sie Estimator-Funktionen mit  Simulink®- Blockdiagrammen grafisch darstellen, Lookup-Tabellen für diese Funktionen erzeugen und anschließend die Estimatorergebnisse mit empirischen Modellen aus gemessenen Daten vergleichen.

Prozess zum Kalibrieren, Ausfüllen und Validieren von Feature-Tabellen für ein Subsystem, das die Motordrehzahl schätzt.

Durchführen von Simulationen in Simulink

Sie können statistische Modelle nach Simulink exportieren oder für HIL-Tests (Hardware-In-the-Loop) verwenden.

Regelstreckenmodellierung und -optimierung

Mithilfe von statistischen Modellen können Sie reale, komplexe und physikalische Phänomene erfassen, die mit herkömmlichen mathematischen und physikalischen Modellen nur schwer abgebildet werden können. Beispielsweise können Sie Modelle für Drehmoment, Kraftstoffverbrauch und Emissionen nach Simulink exportieren und Simulationen für Antriebssystemanpassung, Kraftstoffverbrauch, Leistungs und Emissionen durchführen. Das statistische Ersatzmodell kann dann die Subsysteme in Simulink ersetzen, um die Simulationszeit zu verkürzen.

Referenzanwendung vom Powertrain-Blockset.

Hardware-in-the-Loop-Tests

Die mit der Model-Based Calibration Toolbox nach Simulink exportierten Modelle können in Echtzeit-Hardware-Simulationen verwendet werden, um eine schnelle und genaue Emulation der Regelstrecke für eine Anbindung von Sensorik und Aktuatorik zu ermöglichen. Durch den methodischen Ansatz der Modellentwicklung der Toolbox können Sie die mit der gegenwärtigen HIL-Anlagenmodellentwicklung verbundenen Engpässe verringern und Algorithmen schneller validieren.

Vollständige Speedgoat-Rack-Einrichtung: Diese Einrichtung wurde verwendet, um das Testen von Traktorsteuergeräten mit HIL-Prüfstands zu automatisieren.    

Neue Funktionen

Integration in Simulink

Vereinfachte Workflows zum Import von Lookup-Tabellen und Funktionen und Export von Datenwörterbüchern

Details zu diesen Merkmalen und den zugehörigen Funktionen finden Sie in den Versionshinweisen.