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Arbeitsplatz für Hardware-in-the-loop-Laborversuche

  • Die Projektaufgabe bestand darin, den aktuellen Laborversuch zu modernisieren, indem die Kommunikation zwischen dem Versuchsaufbau und Laborrechner nicht wie bisher über Wandlerkarten stattfindet, sondern über EtherCAT und TwinCAT 3. Die Installation von TwinCAT 3 mit den zugehörigen Erweiterungen und erforderlichen Programmen stellt sich als sehr umfangreich und schwierig dar, was die Installationsanleitungen zeigen. Außerdem gab es sehr viele Fehlerquellen, die nicht auf Anhieb ersichtlich waren, wie das Aktualisieren der aktuellen MATLAB Version. Ist die Installation abgeschlossen kann die Kommunikation zwischen MATLAB und TwinCAT relativ einfach umgesetzt werden. In der Projektarbeit wurde anfangs dann die Kommunikation mit mehreren Tests überprüft und Optimierungen vorgenommen. So wurde zum Beispiel die Wegbegrenzung angepasst. Schwierigkeiten zeigten sich bei der Bedienung über MATLAB oder beim Abstürzen von MATLAB, da beim Stoppen oder Abstürzen von MATLAB, der zuletzt gesendete Wert immer noch an TwinCAT 3 anliegt und somit der Aktor weiter verfahren würde. Diese sehr gefährliche Situation wäre ein gravierender Nachteil, gegenüber der alten Kommunikation mit einer Wandlerkarte. Um einen sicheren Stopp zu garantieren, wird über ein neues TcCOM Objekt der Matlab-Status mit einem Togglebit überprüft, ändert sich der Wert des Bits nicht mehr, stoppt die Anlage sicher. Um einen Vergleich mit dem bisherigen Masterversuch erhalten zu können, wurde die Strecke mit der neuen Kommunikation untersucht und ein passender Regler dafür auszulegt. Die Auswertung der Impulsantwort sowie der „Spectrum-Analyse“ zeigten beim Vergleich mit den Schnittstellen gleiche Ergebnisse, somit sind die Versuche bei dem Laborversuch ohne Einschränkungen durchführbar. Die Auslegung des Reglers zeigte entgegen den Prognosen der Beckhoff-Experten sehr gute Ergebnisse und die Kommunikation über die Schnittstelle zeigte keine Probleme. Einschränkungen zeigten sich jedoch bei der einzustellenden Abtastzeit, da eine Abtastzeit unter 2ms nicht möglich ist. Zwar kann man eine geringere Abtastzeit einstellen, jedoch zeigt sich bei der Auswertung, dass die Schnittstelle mit Abtastzeiten unter 2ms Probleme aufweist. Die Rechendauer wird deutlich größer und die größere Anzahl an Messpunkte kann nicht richtig verarbeitet werden. Ein Regler kann damit nicht implementiert werden. Die Projektarbeit konnte somit erfolgreich angeschlossen werden und bis auf die aufwendige Installation sind die Erweiterungen von Beckhoff sehr zuverlässig und gut zu bedienen. Die ersten Voruntersuchen waren positiv, somit kann auch an weiteren Laborrechnern eine Umstellung der Schnittstelle in Betracht gezogen werden.
  • The project work shows how TwinCAT 3 and MATLAB/Simulink are connected in order to achieve an easy-to-use Simulink workflow for laboratory experiments with real mechatronic hardware which ist connected to the PC via Beckhoff I/O modules and EtherCAT. A sampling period of 2 ms results in a reliable real-time data transfer between TwinCAT3 and Simulink.

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Metadaten
Author:Fabian Uhl, Thomas Hügle
Advisor:Roland Nägele, Martin Rescheleit
Document Type:Study Thesis
Language:German
Year of Publication:2020
Release Date:2021/01/15
Tag:Laborexperimente mit Simulink und echter Hardware; TwinCAT
Hardware-in-the-loop; Laboratory experiments with Simulink and real hardware; Simulink
Page Number:58
Institutes:Fakultät Maschinenbau
Open Access?:Ja
Licence (German):License LogoKeine CC-Lizenz - Es gilt der Veröffentlichungsvertrag für Publikationen