dSPACE „Other Fields“
Keď sa spomenie platforma dSPACE, mnoho ľudí si ju spojí s automobilovým priemyslom. A je to tak správne. Väčšina dSPACE zákazníkov pochádza práve z tejto oblasti. Mnohých tak prekvapí, že dSPACE je možné nasadiť aj v iných odvetviach. Nasledujúce riadky uvedú pár – pre niektorých možno prekvapivých – projektov kde dSPACE systémy zohrali dôležitú úlohu. Projekty sú opísané stručne a ku každému nájdete odkaz na obsiahlejší článok.
Pár pojmov na začiatok:
RCP – rapid control prototyping je testovací
scenár, pri ktorom beží riadiaci algoritmus na real-time prototypovacej
platforme (napr. dSPACE
MicroLabBox ) a systém, ktorý chceme riadiť je k nej pripojený
HIL – hardware-in-the-loop je testovací
scenár, pri ktorom máme riadiacu jednotku pripojenú k real-time platforme
(napr. dSPACE
SCALEXIO), ktorá jednotke simuluje riadený systém a jej
prostredie
(viac na: efektívny
vývoj )
Inteligentné vrty
S ubúdaním jednoducho dostupných ložísk minerálnych olejov a zemného
plynu, narastajú nároky na technológie vŕtania, aby bolo možné zdolávať
aj zložitejšie geologické podmienky a tak dosiahnuť aj na ťažko dostupné
ložiská. Práve kvôli tomu sa nahradzujú klasické vertikálne vrty vrtmi
smerovými a horizontálnymi a jedna vrtná veža dokáže ťažiť
z viacerých vrtov. Keď k tomu pridáme vysoké teploty, tlaky, meranie
vlastností prostredia a sledovanie preťaženia vrtnej hlavice, je potrebné
použiť dômyselnú riadiacu elektroniku. Na vylepšenie existujúcej
technológie vŕtania používa firma Schlumberger testovacie prostredie, ktoré
pozostáva z nástrojov dSPACE, pomocou ktorých je možné vyvíjať a
optimalizovať riadiace algoritmy vŕtacej hlavice v laboratóriu, pri
rovnakých podmienkach ako počas reálneho vŕtania.
„This testing platform provides engineers with real-time information
that lets them make important decisions with regard to the continued drilling
path or zoned production tests,“
–Dr. Mustafa K. Guven, Electrical Machinery and Controls Division at
Schlumberger
Virtuálne mlieko vo virtuálnych kartónoch
Spoločnosť Tetra Pak sa rozhodla spoľahnúť na dSPACE pri budovaní
simulačného prostredia Tetra Pak Simulation Environment (TSE). Tak ako iné
odvetvia, aj potravinársky priemysel čelí výzvam pri nasadzovaní svojich
produktov na trh. Je to najmä zvyšujúci sa tlak na náklady a konkurencia,
ktoré nútia spoločnosti aby optimalizovali svoje procesy a skrátili čas
uvedenia produktu na trh. To bol jeden z faktorov, ktorý podnietil
spoločnosť k vývoju simulačného prostredia TSE. TSE má dva ciele. Jedným
z nich je podpora vývoja softvéru na riadenie procesov pre plniace stroje.
TSE to dosahuje simuláciou a optimalizáciou nových konceptov ešte predtým
ako vzniknú prototypy strojov a umožnením vývojárom testovať a
optimalizovať ich vlastný kód. Druhý cieľ je spúšťať HIL simulácie PLC
jednotiek, vrátane riadiaceho softvéru na TSE.
- Najväčšie výhody sú
- redukcia nákladov a času potrebného na zostrojenie skutočných prototypovacích strojov
- odstránenie rizika poškodenia akéhokoľvek hardvéru, ktoré by mohlo
nastať pri testovaní s reálnymi systémami
„dSPACE’s comprehensive know-how and product portfolio are the
ideal foundation for building a simulation environment for Tetra Pak beverage
filling machines.“
–Mauro Gargiulo, Tetra Pak
Virtuálne cievy
Pacienti čakajúci na transplantáciu srdca často potrebujú preklenúť
čas do operácie. To sa zvyčajne rieši pomocou implantovateľných púmp. Aby
sa vyvinuli kontrolné algoritmy pre tieto umelé srdcia, vedci z University of
Queensland modelizovali systém ľudských ciev na počítači a spojili ho
s umelým srdcom. Aby mohli umelé srdcia automaticky prispôsobovať svoju
čerpaciu silu meniacim sa potrebám krvi (napr. pri cvičení alebo počas
spánku) potrebujú vývojári výkonné testovacie prostredie, ktoré dokáže
napodobniť ľudský vaskulárny systém v rôznych situáciách. Čo sa
podarilo vďaka dSPACE systému, fyzicky pripojeného umelého srdca a
simulácii cievneho systému. Takáto sústava umožnila flexibilitu
v nastaveniach rôznych testovacích sekvencií.
„With the dSPACE system we were able to build a flexible and efficient
development environment for the BiVACOR artificial heart.“
–Frank Nestler, University of Queensland
Plynová turbína
USS Makin Island je prvá veľkopodlažná útočná loď námorníctva USA,
ktorá použila na svoj pohon plynové turbíny spolu s elektrickými motormi.
Elektrické motory sú používané do rýchlosti 22km/h, čo šetrí 25%
prevádzkového času turbíny a 1,5 milióna litrov paliva ročne. Plynová
turbína oproti parnej znižuje náklady bez zníženia výkonu, je
kompaktnejšia a vyžaduje jednoduchšiu údržbu. Nasadenie nového typu
turbíny vyžadovalo zmenu riadenia a s tým spojené testovanie nového
riadiaceho algoritmu a celej riadiacej jednotky. Okrem toho armáda vyžadovala
testovanie núdzových a výstražných funkcií, ale bez skutočnej prevádzky
turbíny, čo viedlo inžinierov logicky k simulácii. Výzvou bolo testovanie
štartovania lode. Riadiaca jednotka totižto vyžaduje presné signály
v určitých fázach štartovania, ktoré musia zodpovedať referenciám.
Vďaka simuláciám a dPSACE systémom, bolo možné poradiť si aj s touto
požiadavkou. Testovanie pomocou dSPACE bolo úspešné a ďalej nasadené aj na
testovanie ďalších komponentov lode.
„Given the tight time constraints on this project, the dSPACE system
enabled us to meet the U.S. Navy’s tough gas turbine ECU test
specifications.“
–James A. Turso, Northrop Grumman
Udržiavanie kontaktu pri 300 km/h
Dnes už nie je problém dosiahnuť pri vlakovej doprave rýchlosť 300km/h.
Výzvou je udržať správnu dynamiku spojenia medzi zberačmi a nadzemným
vedením, ktorá je veľmi náchylná na vibrácie. Príliš silné alebo slabé
prítlačné sily môžu spôsobiť opotrebovanie súčiastok. Preto sa TU Wien
a spoločnosť Siemens rozhodli spolupracovať na vytvorení testovacieho
systému, ktorý by im umožnil skorú simuláciu a testovanie v laboratórnom
prostredí. Testovací systém pozostával zo skutočného pantografu (vďaka
modularite simulačných modelov ich mohlo byť pripojených viac), a
virtuálneho nadzemného vedenia simulovaného na real-time platforme dSPACE.
dSPACE systém poskytol 3 jadrá, z ktorých prvé kontrolovalo základné
pripojenie testovacej stanice, druhé vykonávalo prediktívnu reguláciu
impedancie a tretie jadro simulovalo nadzemné vedenie. Úspešnú testovaciu
zostavu previedli do zmenšenej verzie, ktorá pomáha študentom technickej
univerzity vo Viedni pri štúdiu teórie riadenia.
„The dSPACE tools not only reliably cover our high demand for computing
power, they also give us the greatest flexibility possible and can be used for a
wide range of tasks.“
–Professor Stefan Jakubek, Vienna University of Technology
3-D Sprinting
Vedci z univerzity v Michigane hľadali metódu, ktorou by mohli
úrýchliť 3-D tlač. Všetko to začalo pri obrábacích strojoch, s ktorými
pracoval vedúci tímu Chinedum Okwudire. Ten si všimol, že stroje by mohli
pracovať rýchlejšie ako je ich aktuálna prevádzková rýchlosť. Dostať sa
ale do riadiacich algoritmov obrábacích strojov bolo komplikované, preto
prešiel na 3-D tlačiarne. Spolu so svojim tímom sa rozhodol napraviť chyby
vzniknuté vibráciami a tým zvýšiť rýchlosť a udržať kvalitu tlače.
Použili algoritmus založený na technike kompenzácie vibrácií B-spline
(FBS). Projekt bol úspešný a nasadenie algoritmu zdvojnásobilo rýchlosť
tlače bez poškodenia tlačeného objektu. K dosiahnutiu tohto cieľa bol
znova použitý systém dSPACE.
„dSPACE provided an easy-to-use and reliable platform for prototyping
our algorithm within a very short lead time.“
–Chinedum Okwudire, Associate Professor Mechanical Engineering, University
of Michigan
Jana Trojáková (HUMUSOFT) , 15.9.2020