村田制造通过基于模型的设计将能源管理系统控制软件的开发时间缩短了50%以上

因为村田之前没有开发过EMS产品，所以工程团队不得不从头开始。他们需要一种方法来模拟EMS中的逆变器、变流器和其他电力电子硬件，以便评估各种硬件拓扑。由于用真正的硬件测试系统将是困难和昂贵的，他们需要建模控制系统，并使用系统模型和电网模型运行模拟，以验证在正常运行条件下的设计，以及在异常和难以测试的条件下，如电网停电和浪涌。

由于竞争对手已经推出了EMS产品，村田希望通过自己的产品迅速进入市场。2022世界杯八强谁会赢？为了缩短控制系统的开发时间，工程团队希望直接从他们的模型生成控制代码。由于团队中只有3名工程师，而且之前几乎没有编程经验，他们觉得手动编写和调试控制代码会花费太长时间，而且质量很差。

村田工程师采用基于模型的设计方法设计并实现了EMS嵌入式控制软件。

在开始项目之前，Ma博士参加了为期三天的MathWorks培训课程，学习基于模型的设计和代码生成的基础知识。

Ma博士和他的团队使用Simscape electric™创建了一些主要系统组件的工厂模型，包括太阳能转换器、电池DC-DC转换器和三相并网逆变器。该模型是可调的，因此他们可以测试不同的硬件拓扑。

在添加测量块来计算关键信号的总谐波失真(THD)和均方根(RMS)之后，团队进行了模拟，以检查这些指标是否在可接受的范围内，并比较不同控制策略和硬件拓扑的性能。

在Simulink中，团队对系统的PI控制器建模，然后使用控制器和工厂的传递函数进行闭环模拟，使用Simulink Control Design™调优控制参数。

进行了额外的闭环模拟，以评估该设计对异常情况的响应，包括停电和电网的相位不平衡，以及一些与电网相关的要求，包括太阳能的故障穿越(FRT)和最大功率点跟踪(MPPT)。

使用Stateflow^®，他们创建了状态转换图来建模EMS的启动、关闭和异常序列，以及系统的各种运行模式的状态转换。

为了在微控制器上实现控制逻辑，他们利用定点设计器中的自动缩放和其他节省时间的工具将浮点设计转换为定点设计。

接下来，他们用嵌入式Coder从控制器模型生成C代码和code Composer Studio™项目^®．最后，他们将其部署到TI制造的Piccolo™和Delfino™32位微控制器上。

该团队通过运行开环测试来执行基本检查，并通过验证系统闭环控制器和状态转换，一起测试了微控制器和EMS电路，以验证生产硬件的代码。

Murata已经使用基于模型的设计完成了EMS项目和光伏逆变器项目。该公司正在为电网连接申请JET认证，工程团队正在为长期可靠性测试做准备。

• 控制软件开发时间减少50%以上。马博士说:“我们只用了3名工程师，只用了大约6个月的时间就完成了控制软件。”“如果没有基于模型的设计，这将会花费两到三倍的时间，或者我们将需要雇佣更多的软件工程师。”
• 没有缺陷的代码生成。马博士说:“因为我们的编程经验有限，我认为如果我们手动编写控制器，可能会出现更多的bug。”“生成100%的代码保证了可靠性。我们阅读了输出，并在我们用Embedded Coder生成的代码中发现了零错误。”
• 项目增加时间缩短。马博士说:“在MathWorks培训班上，我学到了很多实用的技能和技巧，然后我把这些技能和技巧分享给了团队的其他成员。”“再加上MathWorks在我们遇到问题时给予我们的大力支持，帮助我们完成了整个项目。”