Antrieb Die nächste Generation: Echtzeit-HIL-Simulation für Lehre und Forschung
Cape Peninsula University of Technology (CPUT)
Akademie
02. / 17. / 2018
Das Unternehmen
Die Cape Peninsula University of Technology (CPUT) entstand 2005 durch den Zusammenschluss des Cape Technikon und des Peninsula Technikon. Als einzige technische Hochschule im südafrikanischen Westkap und größte der Region zählt die CPUT über 30.000 Studierende und bietet mehr als 70 Studiengänge an. Ihr Zentrum für dezentrale leistungselektronische Systeme (CDPES) konzentriert sich auf Energieeffizienz, Erneuerbare Energien, dezentrale Energiesysteme, prädiktive Regelung von Leistungswandlern und elektrischen Antrieben sowie MEMS-Energiesensortechnologie.
OPAL-RT bietet „ Flexibel “ und leistungsstarke Echtzeit-Simulatoren, mit denen mehrere Studierende an Lehrmodulen zu den Themen Leistungselektronik und „ Energiesysteme “ arbeiten können. Anstatt mit realen Geräten zu arbeiten, werden diese mithilfe von MATLAB/Simulink®-Modellen in Echtzeit simuliert.
Die Herausforderungen
- Einrichtung eines Lehr- und Forschungslabors: Aufbau eines Echtzeit-Simulationslabors für Lehre und wissenschaftliche Forschung, in dem Studierende mit OPAL-RT-Echtzeitsimulatoren arbeiten und lernen können, wie „ Rapid Control Prototyping “ (RCP) und „ Hardware-in-the-Loop“ (HIL) die Entwicklung von Steuerungssystemen beschleunigen und Tests.
- Lehrplan- und Übungsentwicklung: Bereitstellung von Modellbeispielen für Mikronetze und Leistungselektronik zur Erstellung praktischer Übungen für Studierende.
- Weiterentwicklung von Regelkonzepten: Entwicklung und Verbesserung von Regelkonzepten für Leistungswandler und elektrische Antriebe.
- Projektverifizierung: Bereitstellung eines Simulationssystems, mit dem Verifizierungen über den gesamten Projektlebenszyklus hinweg durchgeführt werden können.
Die OPAL-RT-Lösung
- Hardware Lösung: OPAL-RT stellte drei OP4200- und drei OP4510-Echtzeitsimulatoren zur Verfügung. Jeder Echtzeitsimulator umfasst: einen Prozessor mit CPU-Kernen; eine FPGA-Karte; sowie Ein- und Ausgangskarten mit 16 AI, 16 AO, 32 DI und 32 DO.
- Power Electronics FPGA Solvers (eFPGASIM): Ein typischer Zeitschritt von 200 ns für die Simulation von Hochgeschwindigkeits-Leistungselektronik, ohne dass Kenntnisse in der FPGA-Programmierung erforderlich sind. Vollständig kompatibel mit SimScape- Energiesysteme-, PLECS- und PSIM-Modellen, mit integrierten Visualisierungen und Fehleranalysen.
- Energiesysteme CPU-Löser (eMEGASIM): Ein typischer Zeitschritt von 50 µs für Anwendungen in den Bereichen „ Energiesysteme “ und „Smart Grid“. Vollständig kompatibel mit MATLAB/Simulink- und SimScape- Energiesysteme -Modellen, mit integrierten Visualisierungen und Fehleranalysen.
Die Ergebnisse
- Verbesserte Lernergebnisse der Studierenden: Mehrere Studierende konnten an Lehrmodulen zu Leistungselektronik und „ Energiesysteme “ arbeiten, wobei sie Echtzeit-MATLAB/Simulink-Modelle anstelle von physischen „ hardware “-Geräten verwendeten.
- Beschleunigte Regelungs Tests: Unterstützung bei der Entwicklung und Verbesserung von Regelungsschemata für Leistungswandler und Antriebe unter Verwendung von RCP- und HIL-Methoden.
- Kontinuierliche Projektüberprüfung: Bereitstellung einer zuverlässigen Plattform zur Durchführung von Überprüfungen im Rahmen verschiedener akademischer und Forschungsprojekte.
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