ITK Engineering开发符合IEC 62304标准的牙钻电机控制器，基于模型设计
挑战
解决方案
结果
- 开发时间减半
- 早期发现的硬件问题
- 赢得合同，建立客户信心
“基于模型的Simulink设计使我们能够通过早期验证降低成本和项目风险，缩短IEC 62304认证系统的上市时间，并交付高质量的生产代码，这是首次正确的。”
Michael Schwarz, ITK工程公司
无传感器无刷直流(BLDC)电机非常适合用于牙科钻头。它们的工作磨损比刷电机小，更可靠，更安静，更容易维护和消毒。与带传感器的无刷直流电动机相比，无刷直流电动机更便宜，更紧凑。然而，无传感器控制所需的复杂算法需要更多的工程努力来开发。
ITK Engineering通过使用基于模型的设计来开发和实现符合医疗设备软件IEC 62304标准的无刷直流电机控制器，从而节省了时间和精力。
ITK医疗控制系统高级工程师Michael Schwarz博士说:“使用Simulink的基于模型的设计使我们能够在电机硬件可供测试之前设计和优化控制器，然后在拥有电机后生成控制器的生产代码。”“如果我们用手工编写代码，就不可能按时完成这个项目。”
挑战
牙科钻电机的运行速度可达每分钟40000转。这种电机的磁场定向控制算法需要在较宽的转速范围内关于转子位置的精确信息。在无传感器电机中，转子的位置必须由转子磁铁的电磁感应引起的定子电流变化来推断。ITK工程师需要设计和优化转子位置估计器，以及牙科钻电机的复杂串级控制，以符合IEC 62304医疗设备软件标准。
当项目开始时，没有一个原型电机。为了满足客户的项目期限，ITK必须在电机硬件的同时开发控制器软件。ITK的工程师需要创建一个精确的电机模型，并开发一个与该模型工作的控制器。一旦电机可用，他们需要在嵌入式处理器上快速实现和测试他们的控制软件。
解决方案
ITK工程师采用基于模型的设计，设计、优化、实现和测试了无刷直流电动机控制器。
根据现有电机的数据表和客户提供的信息，工程师们在Simulink中对无刷直流电动机建模，包括其电气和机械组件®．
他们在Simulink中开发了一个控制器模型，并使用了statflow®建模启动、关闭和错误模式，以及用户可选择的操作模式。
该团队对装置模型和初始控制器模型进行了闭环模拟，这依赖于装置模型提供的转子位置信号。
为了开发转子位置估计器，该团队使用符号数学工具箱™来求解代数方程，然后对估计器进行改进，直到其结果匹配来自工厂模型的实际转子位置信号。
使用定点设计器™的自动伸缩和数据类型覆盖功能，工程师们将他们的浮点控制器设计转换为定点。他们重新进行了模拟，以验证定点模型。
团队开发了MATLAB®执行单个模型组件的批处理单元测试的脚本。他们使用Simulink coverage™为这些测试生成模型覆盖率报告。
该团队使用Embedded Coder从他们的控制器模型生成了5000多行C代码®．他们为ARM编译了代码®皮质®-M3处理器与Keil编译器。
工程师们在原型板和电机上测试了控制器，改进了模型，并多次重新生成代码以优化性能。
ITK将控制器和工厂的Simulink模型与生成的生产代码一起交付给客户端。目前，该控制器与无刷直流电动机已在牙钻中串联生产。
结果
开发时间减半．施瓦茨表示:“我们在大约4个月内完成了控制器的开发。“如果没有基于模型的设计，这将花费至少两倍的时间，因为我们将不得不等待硬件的出现，手写代码，并测试更多的原型。”
早期发现的硬件问题．ITK的系统工程师Alexander Reiss表示:“我们的工厂模型准确地反映了电机的行为，这使我们能够在开发早期验证控制器和硬件。”“我们很快就在第一个硬件原型上找到了错误的根本原因:硬件上测量的结果与经过验证的Simulink模型产生的结果不匹配。”
赢得合同，建立客户信心．“我们的客户想马上开始工作。基于模型的设计帮助我们获得了合同，因为它使我们能够在硬件可用之前开始开发，”Reiss说。“基于模型的设计也增加了客户对我们工作的信心;我们分享了我们的Simulink模型和模拟，他们现在使用这些模型来进行自己的增强。”
您也可以从以下列表中选择网站: