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MR2 Hardwrae-in-the-loop (HIL)

First plug & play HIL in the world

    Most common Hardware in the loop (HIL) in the present market are designed as a simulation tool. The users can change all the details of the real-time simulation, and that means the users NEED TO pay attention to all the details of the real-time simulation. The cost of flexibility is complexity. Moreover, it costs a lot to build a flexible platform which is suitable for a variety of applications. That makes this kind of HIL is quite expensive.  Consequently, the complexity and high-price are two major obstacles for HILs showing up on every engineer or student's desk, like ICEs (In-Circuit Emulator, a very convenient tool for embedded system development.)

 

    MR2 Hardware-in-the-loop is designed to help more engineers and students benefit from real-time simulation. In addition to 100ns simulation steps and 1us analog signal feedback steps, MR2 HIL has a very easy-to-use operation interface, real-time state monitor (up to 100 kHz bandwidth), plug-and-play feature (construction of simulation is not needed), and an extremely low price (depends on selected modules). The users can simply switch to different kinds of electrical machine, change the system parameters, choose the motor position feedback signals (encoders), setup the repeatable test scenarios, and do all the experiments on their desk (again, just like an ICE.) Starting from motor controller (inverter), another applications of HIL like photovoltaic inverter or other power converters are in development.

  • MR2硬體在環的仿真結果與實際系統的相似度如何?
    Hardware in the loop(HIL)本質上還是模擬(Simulation)，如同市面上常見的模擬軟體Matlab/Simulink、PSIM等，同樣存在模擬結果與實際系統有所差異的特性。但HIL與模擬軟體最大的差異在於: 1. 進入HIL模擬環境的訊號為實際系統(如控制電路板)的訊號、2. HIL模擬必須兼顧即時性，才能與實際控制電路板互動。也因為上述的差異，使得HIL模擬更貼近實際狀況，但也因此，比起模擬軟體來說，大家會更關注HIL的模擬結果是否與實際系統相同。 我們將MR2連接馬達驅動控制電路板進行測試，以最常見的馬達驅動測試，亦即轉矩-轉速測試(Torque-Speed test, or T-N test)進行量化比較，結果如下二圖。無論是以純量控制(VF control)或是以向量控制(Vector control)的比較，都可以呈現非常接近(>90%)的結果，包含加載過程與最大崩潰轉矩皆然。 T-N test by Vector control: T-N test by VF control:
  • MR2能否模擬Hall sensor或Encoder斷線？
    可以的! MR2內建許多常用的失效注入功能(Fault injection)，包含驅動器輸出斷線/欠相、輸入電源雜訊/斷線/欠相、Encoder斷線等，都可以直接透過參數設定來測試驅動控制器，不需要任何建模與修改。 Hall或encoder是馬達的sensor訊號，所以斷線時的馬達表現如果有異常，代表是驅動控制器因為失去sensor訊號引發馬達控制上的問題，因此最簡單可以把某個回授控制板的訊號拔掉，這樣控制器輸出的PWM就會讓馬達運行異常；另外，我們裡面有個Encoder瞬斷的功能，可以設定一小段斷線時間，模擬出可能因為接觸不良或雜訊干擾造成的偶發斷線狀況。 實測結果(設定ABZ三個訊號瞬斷100ms):
  • MR2能否模擬出torque ripple？
    可以的! Torque ripple的來源有非常多，包含: 馬達設計、機構安裝、控制策略等。機構安裝是外來的擾動，可以利用調整負載造成；控制策略的問題就是MR2要用來驗證的部分；而馬達設計上，在SPM中，可以直接設定齒隙轉矩(Cogging torque): 在BLDC中，可載入反電動勢曲線，以模擬出因Ke隨角度改變所造成的轉矩脈動，也可視為齒隙轉矩(Cogging torque)。以此反電動勢運行，此時的轉矩輸出為:
  • MR2是否可用於評估直流側電容的容值？在設定好電源種類與容量後，根據直流側電壓結果調整直流側電容的容值，這樣可行嗎？
    可以的! MR2可模擬出不同電容值下運行的狀況，但由於實際驅動器的直流側還有許多電路，可能也會造成最終直流電壓的表現，可能要整體搭配比較接近實際狀況。MR2除了電容值以外，還可以調整電容的ESR/ESL，並且可調整電容入電側的等效電路參數(R、L)。 以下是簡單的實測結果: 測試目的: 改變不同的DC側電容值，觀察DC BUS電壓抖動
  • MR2硬體在環在馬達驅動控制架構可以做甚麼修改? 還可以使用在其他的應用嗎?
    MR2硬體迴路為凱登智動創新的設計，為世界第一套隨插即用的Hardware in the loop，使用者無須建模與佈署，在第一次連線設定之後，都可以立即連接使用，讓所有工程師與學生都可快速上手，與使用示波器與電路模擬器(ICE)一樣簡單! 為了提供如此方便的環境，目前MR2硬體迴路鎖定在馬達驅動器的應用，以超過90%系統使用的常見架構(3-phase, 2-level)設計。使用者除了電力驅動級架構無法變更以外，舉凡電源系統、直流母線(DC Bus)波動、馬達種類與參數選擇設定、馬達負載調配等，都可以進行快速的修改，滿足您大部分的使用需要。 MR2硬體迴路亦可整合應用系統的動態模型，MR2同樣接收由加工系統中的馬達驅動訊號，即PWM訊號(此時上位控制器輸出則是連接到此馬達驅動器)，即可虛擬出實際系統的運作(即上位控制器<-->馬達驅動器<-->馬達<-->機械系統)，讓您還沒有實際設備的情況下，預先測試控制器性能/功能，甚至可預估選型容量是否正確。
  • 除了馬達驅動控制相關以外，MR2硬體在環還有其他應用嗎?
    工業4.0浪潮下，帶動原本連3.0階段(自動化)都尚未達到的各種應用逐漸轉變，自動化最基礎根源的科技即是馬達驅動控制，可謂工業4.0的根基，因此目前MR2硬體迴路鎖定馬達驅動相關的應用，包含馬達驅動與自動化系統控制。未來也將逐漸朝電力電子等應用發展，如太陽能逆變器(PV inverter)，提供更多領域方便、安全、有效率的Hardware in the loop平台。 MR2硬體在環提供彈性且便利的擴充端口，讓使用者可以輕易快速的將機械物理系統的即時模擬整合進來，達成全系統的即時模擬平台。詳情可參閱應用案例，或直接聯絡工程團隊以獲得最即時的詳盡的資訊: team@gathertech.net。
  • 為何鎖定在馬達驅動控制領域呢?
    核心團隊成員有10年以上馬達驅動控制研發領域的經驗，深知馬達驅動等使用到大功率電力的系統，在研發與測試過程的困難之處，包含: 高危險性、效率不易提高、設備昂貴笨重且須輪流使用等，因此基於以往豐富的使用經驗，了解硬體迴路在馬達驅動控制領域的價值； 再者，馬達驅動控制為自動化的核心，一般自動化流程、加工流程、機械手臂的控制等，最根本且核心的技術都回歸到高精度高效率的馬達驅動控制，因此可藉由引入硬體迴路技術，提高馬達驅動控制研發能量，也是對產業最有幫助的方式之一； 此外，為求貼近實際系統，馬達驅動應用的硬體迴路需直接處理閘極驅動訊號(Gate driving signal)，最常見的即脈波波寬調變(PWM)訊號，藉此才得以反應出最細微的系統動態，如死區(Dead-band)在電流上的表現等。PWM訊號一般極快，要處理這類訊號，又要有即時模擬的性能，比起一般控制器更具挑戰性! 基於上述三點，MR系列硬體迴路初期即鎖定馬達驅動應用。經過團隊努力的推廣下，目前已有國內幾家大廠採用，且陸續有延伸的應用需求與採購需求的出現，可望進一步將此開發觀念擴散出去。未來我們將持續朝更多的應用領域發展，若您有任何應用需求，都可來信或來電討論，我們可提供客製化的服務。
  • MR2硬體在環與市面上的產品最大的不同在哪?
    市面上Hardware in the loop產品皆定位成模擬軟體，使用者可以針對架構細節進行建構與調整，但這也意味著，使用者必須自行建模，並確認模擬的準確度。一般來說，要確認模擬是否忠實反應實際系統行為，是最需要經驗的地方，況且多單位並未配置有專門的研究模擬人員，因此這類修改的彈性(flexibility)往往對單位來說是提高了應用的複雜度(complexity)。此外，模擬軟體必須可以提供給許多不同領域使用，也因此提高了模擬軟體的開發成本，使用者很有可能花了不少錢買到用不到的功能，再加上Hardware in the loop還有軟硬體間溝通的速度與穩定性問題，使得整套系統價格極高，因此不易普及。 MR2硬體迴路目前鎖定自動化根基: 馬達驅動控制，提供最直覺與便利的操作介面，使用者只須依需求選擇馬達種類、設定相關參數並選定測試條件，即可快速開始進行開發與除錯。在第一次連線與設定後，往後更可達到隨插即用，且可反覆重現測試狀況，對於控制器的調校與除錯，就像使用示波器或電路模擬器(ICE)一樣簡單。
  • MR2硬體在環的售價?
    MR2硬體迴路提供客戶依常用的測試使用需求，進行選用模組的搭配，系統價格與選用的模組組合有關。整體售價依搭配模組不同而有所不同，例如: 使用者可選用非同步感應馬達(Induction motor)與同步磁阻馬達(Synchronous reluctance motor)，搭配負載擴充模組，可測試控制器在驅動這兩種馬達運行下的帶載能力。整體搭配一定遠低於市面上同等性能(可接收並反應PWM等級的HIL)的價格，詳細請來信service@gathertech.net，讓專業人員為您解說與服務。
  • 購買後是否會提供教育訓練？
    會的! 在交機當下就會立即進行操作的教育訓練，由於MR2標榜就是簡單易上手，根據過往的經驗，操作教學只需要1-1.5 hr即可完成!
  • MR2的軟體對電腦有無特殊要求？
    電腦硬體CPU建議i3以上、RAM 4G，但若需要同時執行其它軟體，占用較大記憶體空間，建議CPU i5以上、RAM 8G；軟體則需要Win 7 以上作業系統版本。
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