MATLAB, Simulink und Simscape für die Entwicklung mechatronischer Systeme

Entwurf, Optimierung und Verifizierung mechatronischer Systeme

Die Entwicklung mechatronischer Systeme erfordert die Integration physikalischer Subsysteme mit Steuerungssystemen und Embedded Software. Ingenieure verwenden Model-Based Design, um multidisziplinäre mechatronische Systeme vom Beginn der Entwicklung bis in die Produktion zu modellieren, zu simulieren und zu verifizieren.

Mit MATLAB®, Simulink® und Simscape™ können Sie:

  • Verstehen komplexer Systeminteraktionen vom Algorithmen Entwurf bis zum Streckenverhalten
  • die Entwicklung beschleunigen, indem Sie parallel mit mehreren Teams arbeiten
  • die Systemleistung vorhersagen und optimieren
  • die Qualität mechatronischer Systeme erhöhen und bei Ihren Tests weniger Hardware-Prototypen verwenden
  • Fehler durch manuelles Codieren vermeiden, indem Sie Code automatisch aus Simulationsmodellen generieren
  • die Rückverfolgbarkeit von den Anforderungen über das Design bis hin zum Code wahren
  • Designmodelle im Betrieb als digitale Zwillinge wiederverwenden

„Indem wir Simulink für das Model-Based Design nutzen, können wir die anspruchsvollen pneumatischen Steuerungen entwickeln, die für den Bionischen Handling-Assistenten und andere mechatronische Designs erforderlich sind. Dank Simulink PLC Coder ist es jetzt viel einfacher, von einem Design zum Produkt zu gelangen.“

Dr. Rüdiger Neumann, Festo

Verwenden von MATLAB, Simulink und Simscape für das Design mechatronischer Systeme

Modellierung

Verwenden Sie Simscape, um Modelle auf System- oder Komponentenebene zu entwickeln, die die physikalischen Teile des Systems in der elektrischen, mechanischen oder fluidbezogenen Domäne darstellen. Importieren Sie Designs aus vorhandenen CAD-Dateien, um physikalische 3D-Komponenten und SPICE-Subcircuits zu visualisieren und herstellerspezifisches Verhalten zu berücksichtigen. Nutzen Sie die Simulation, um die Systemleistung zu optimieren und Integrationsfehler in frühen Entwicklungsphasen zu erkennen. Profitieren Sie von der Wiederverwendung von Simulationsmodellen für die virtuelle Inbetriebnahme oder für digitale Zwillinge im Betrieb.


Reglerentwurf und Zustandslogik

Linearisieren Sie nichtlineare physikalische Modelle, um geschlossene Regelkreise mit linearen Methoden der Reglungstechnik wie Bode-Diagrammen oder Wurzelortsverfahren zu entwickeln, oder verwenden Sie moderne Regelstrategien wie Modellprädiktion oder robuste Regelung. Nutzen Sie vordefinierte Funktionen und interaktive Tools, um Regler automatisch anzupassen und zu optimieren, damit sie die Leistungsanforderungen und die Stabilitätsbedingungen Ihres Systems erfüllen. Analysieren Sie wichtige Leistungs- und Stabilitätskriterien im Zeit- und Frequenzbereich, wie Überschwingen, Anstiegszeit, Phasen- und Amplitudenreserve.

Entwickeln und verifizieren Sie Zustandsautomaten für die Überwachungssteuerung und die Fehlerbehandlung. Verwenden Sie grafische Animationen, um die Überwachungslogik während der Ausführung zu analysieren und zu debuggen und somit mögliche Designfehler zu identifizieren.


Hardware-in-the-Loop-Tests und Rapid Control Prototyping

Verfeinern Sie Ihre Algorithmen mit Rapid Control Prototyping (RCP), um sie für Ihre Produktionsumgebung vorzubereiten. Verwenden Sie HIL-Simulationen (Hardware-in-the-Loop) Ihres Anlagen- und Umgebungsmodells, um weniger physische Prototypen zu benötigen. Führen Sie Echtzeit-Simulationen auf Speedgoat-Hardware aus, und analysieren Sie die Ergebnisse in MATLAB, um die Leistung Ihres mechatronischen Systems zu verbessern.


Generierung von Produktionscode

Vermeiden Sie Fehler durch manuelles Codieren, indem Sie automatisch optimierten C-, C++-, IEC 61131-3- (strukturierter Text und Kontaktplan), CUDA®-, Verilog®- oder VHDL-Code direkt aus MATLAB und Simulink generieren. Nutzen Sie Entwurfstools für Gleitkomma- und Festkomma-Algorithmen, um Kompromisse bei der Leistung zu untersuchen. Integrieren Sie den generierten hardwareunabhängigen Code in die integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) Ihrer SPS-Plattform, um ihn auf Ihrer Echtzeit-Hardware bereitzustellen und online zu debuggen.


Verifikation und Validierung

Erstellen, importieren und verwalten Sie Anforderungen in Ihrem Modell, um die Rückverfolgbarkeit vom Design über die Tests bis hin zum generierten Code sicherzustellen. Nutzen Sie während des gesamten Entwicklungsprozesses formale Testmethoden, um zu beweisen, dass Designs den Anforderungen entsprechen, um Testfälle für die Modellabdeckung automatisch zu generieren und um die Qualität von Designs zu verbessern. Überprüfen Sie mit formalen Methoden und statischer Analyse, ob Modell und Code den Vorgaben entsprechen. Nutzen Sie die statische Codeanalyse, um Fehler zu finden und die Abwesenheit kritischer Laufzeitfehler zu beweisen. Erstellen Sie Berichte und Artefakte, die zur Zertifizierung nach Industriestandards wie IEC 61508, ISO 26262 und DO-178 erforderlich sind.