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FlowCAD EDA-Software Vertriebs GmbH

FAULHABER Antriebssysteme

Heitec AG

DMB Technics AG

Bei kompletten Neuentwicklungen bietet eine frühzeitige Simulation auch Ergebnisse, die ein Überprüfen der Spezifikation ermöglichen. Häufig hat eine Spezifikation Lücken oder undefinierte Zustände, da an einige Dinge im Vornherein nicht gedacht wurde oder nicht alle Anforderungen bekannt waren. Wenn diese Fragen bereits während der Simulation aufkommen, lassen sich die entsprechenden Punkte klären und die Spezifikation ergänzen oder präzisieren.

Alle Entwickler eines Antriebssystems haben jetzt die Möglichkeit während der Entwicklungszeit die unterschiedlichen Teilergebnisse in ihrer Simulation zu kombinieren. Sowohl die Elektroniker als auch die Programmierer können das Gesamtsystem in ihrem vertrauten Simulator darstellen und die jeweils anderen Disziplinen als Modell einbinden. Zum Schluss lassen sich auch die Simulatoren zu einer Co-Simulation zusammenschalten, um die Schaltung zu optimieren. Erst durch die Co-Simulation lassen sich verschiedene Parameter untersuchen, sodass viele Fragen schnell beantwortet werden. Nachfolgend einige solcher Fragen, die für die optimale Antriebsauslegung von hoher Bedeutung sind.

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Wie stabil ist die Software, wenn die Bauteile innerhalb ihrer Toleranzen variieren? Dies kann durch Kombinationen aller Toleranzen der Bauteile in umfangreichen Monte-Carlo-Simulationen schnell ermittelt werden. Der Simulator kann automatisch alle erdenklichen Kombinationen durchspielen und die kritischen Kombinationen hervorheben.

Wie verhält sich die Steuerelektronik bei unterschiedlichen Temperaturen und unterschiedlichen Lasten am Motor? Die Co-Simulation erlaubt für Temperaturschritte von 5 °C unterschiedliche Lasten zu untersuchen; das grafische Ergebnis zeigt sowohl optimale als auch kritische Bereiche. Welche Bauteile werden in der Schaltung besonders belastet? Eine Smoke-Analyse untersucht die Schaltung auf gestresste Bauteile. Hierbei wird nicht nur der Dauerstrom beachtet, sondern auch das Verhalten in einer PWM-Steuerung mit variierender Pulsbreite.

Liegen Bauteile während des Betriebs am Rande oder außerhalb ihrer Spezifikation, dann signalisiert das die Analyse, um sie neu zu dimensionieren bzw. auszutauschen. Wie ist das Temperaturverhalten der Bauteile bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen? In der Simulation sind unterschiedliche Lasten, Betriebszeiten und Umgebungstemperaturen verifizierbar; Wechselwirkungen werden sofort erkannt.

Kann das Antriebssystem die Last immer sanft anfahren? Die Simulation aller Komponenten zeigt die Werte für die Rotationsgeschwindigkeit und das Drehmoment (Bild 3). Eine Unstetigkeit in der Rotationsgeschwindigkeit und ein plötzlicher Abfall des Drehmoments zeigen, dass der der Motor die Last nicht gleichmäßig sanft anfahren kann. Ähnlich sehen die Kurven beim Notaus-Bremsen der Last mit der Motorschaltung aus.

Wie ist das Verhalten bei sich ändernden Lasten oder Unwucht am Motor? Die Simulationen (Bild 4) zeigen die Werte für die Drehzahl und das Drehmoment. Links sieht man die ideale Schaltung für einen Motor mit einer gleichförmigen Last. Rechts ist eine Unwucht als Last am Motor angeschlossen. Diese Unwucht kann entweder über ein Modell oder über ein echtes Getriebe mit HIL in die Simulation eingebunden werden. Die Regelung ist hier nicht schnell genug. PSpice V17.2 bietet viele neue Möglichkeiten, sowohl HIL als auch Funktionsmodelle in einer Simulation zusammenzuschalten.

* Roberto Gandia ist Applikationsingenieur für Simulationswerkzeuge bei FlowCAD.

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