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MR2硬體在環(HIL)

世界首創，隨插即用的Hardware in the loop平台​

10MHz即時模擬迴路，完美滿足PWM等級馬達驅動控制驗證，連Dead band影響都看得到!

         MR2硬體在環以榮獲發明專利的設計，大幅提升使用者體驗，協助從事馬達驅動控制器設計與研發的工程師、研究人員、學生，皆可在短時間內快速上手，不論是連接各MCU廠家的開發板(Starter Kit)，或是連接您公司生產的控制器，只要簡單五步驟，可立即上手使用，無須進行物理建模知識，介面簡單操作直覺。此外，MR2硬體在環的專利創新改良，在不犧牲運算速度與精確度的前提下，價格僅等同於一台常見的示波器，大幅降低購入的門檻。

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         MR2硬體在環為本公司自主研發生產的HIL系統，已獲國內數家指標工控大廠以及知名研究中心採用，如: 台達電子、東元電機、成大馬達中心...等。市面上類似的HIL產品皆定位為模擬平台，除價格昂貴外，操作的複雜度往往增加使用者的負擔。以開發者的角度出發，MR2硬體在環定位成開發工具，專為馬達驅動控制器設計，大幅提高實用性與便利性。再搭配更多實用訊號的模擬，如各家通訊型編碼器、類比型編碼器、解角器、通訊模組等，更貼近實際系統架構，滿足控制器開發需求。

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         除核心的馬達即時模擬外，亦提供快速的通訊端口，便於使用者進行馬達後端機械物理系統的擴充，包含馬達相關的系統應用，如: 電動車、電動機車、自動化設備...等，皆可進行全套的即時模擬，如同將整套系統搬到實驗室桌上，可在安全得環境下，進行嚴苛的測試驗證，以及控制系統調校。詳情請參閱應用案例。

  • MR2硬體在環的仿真結果與實際系統的相似度如何?
    Hardware in the loop(HIL)本質上還是模擬(Simulation)，如同市面上常見的模擬軟體Matlab/Simulink、PSIM等，同樣存在模擬結果與實際系統有所差異的特性。但HIL與模擬軟體最大的差異在於: 1. 進入HIL模擬環境的訊號為實際系統(如控制電路板)的訊號、2. HIL模擬必須兼顧即時性，才能與實際控制電路板互動。也因為上述的差異，使得HIL模擬更貼近實際狀況，但也因此，比起模擬軟體來說，大家會更關注HIL的模擬結果是否與實際系統相同。 我們將MR2連接馬達驅動控制電路板進行測試，以最常見的馬達驅動測試，亦即轉矩-轉速測試(Torque-Speed test, or T-N test)進行量化比較，結果如下二圖。無論是以純量控制(VF control)或是以向量控制(Vector control)的比較，都可以呈現非常接近(>90%)的結果，包含加載過程與最大崩潰轉矩皆然。 T-N test by Vector control: T-N test by VF control:
  • MR2能否模擬Hall sensor或Encoder斷線？
    可以的! MR2內建許多常用的失效注入功能(Fault injection)，包含驅動器輸出斷線/欠相、輸入電源雜訊/斷線/欠相、Encoder斷線等，都可以直接透過參數設定來測試驅動控制器，不需要任何建模與修改。 Hall或encoder是馬達的sensor訊號，所以斷線時的馬達表現如果有異常，代表是驅動控制器因為失去sensor訊號引發馬達控制上的問題，因此最簡單可以把某個回授控制板的訊號拔掉，這樣控制器輸出的PWM就會讓馬達運行異常；另外，我們裡面有個Encoder瞬斷的功能，可以設定一小段斷線時間，模擬出可能因為接觸不良或雜訊干擾造成的偶發斷線狀況。 實測結果(設定ABZ三個訊號瞬斷100ms):
  • MR2能否模擬出torque ripple？
    可以的! Torque ripple的來源有非常多，包含: 馬達設計、機構安裝、控制策略等。機構安裝是外來的擾動，可以利用調整負載造成；控制策略的問題就是MR2要用來驗證的部分；而馬達設計上，在SPM中，可以直接設定齒隙轉矩(Cogging torque): 在BLDC中，可載入反電動勢曲線，以模擬出因Ke隨角度改變所造成的轉矩脈動，也可視為齒隙轉矩(Cogging torque)。以此反電動勢運行，此時的轉矩輸出為:
  • MR2是否可用於評估直流側電容的容值？在設定好電源種類與容量後，根據直流側電壓結果調整直流側電容的容值，這樣可行嗎？
    可以的! MR2可模擬出不同電容值下運行的狀況，但由於實際驅動器的直流側還有許多電路，可能也會造成最終直流電壓的表現，可能要整體搭配比較接近實際狀況。MR2除了電容值以外，還可以調整電容的ESR/ESL，並且可調整電容入電側的等效電路參數(R、L)。 以下是簡單的實測結果: 測試目的: 改變不同的DC側電容值，觀察DC BUS電壓抖動
  • MR2硬體在環在馬達驅動控制架構可以做甚麼修改? 還可以使用在其他的應用嗎?
    MR2硬體迴路為凱登智動創新的設計，為世界第一套隨插即用的Hardware in the loop，使用者無須建模與佈署，在第一次連線設定之後，都可以立即連接使用，讓所有工程師與學生都可快速上手，與使用示波器與電路模擬器(ICE)一樣簡單! 為了提供如此方便的環境，目前MR2硬體迴路鎖定在馬達驅動器的應用，以超過90%系統使用的常見架構(3-phase, 2-level)設計。使用者除了電力驅動級架構無法變更以外，舉凡電源系統、直流母線(DC Bus)波動、馬達種類與參數選擇設定、馬達負載調配等，都可以進行快速的修改，滿足您大部分的使用需要。 MR2硬體迴路亦可整合應用系統的動態模型，MR2同樣接收由加工系統中的馬達驅動訊號，即PWM訊號(此時上位控制器輸出則是連接到此馬達驅動器)，即可虛擬出實際系統的運作(即上位控制器<-->馬達驅動器<-->馬達<-->機械系統)，讓您還沒有實際設備的情況下，預先測試控制器性能/功能，甚至可預估選型容量是否正確。
  • 除了馬達驅動控制相關以外，MR2硬體在環還有其他應用嗎?
    工業4.0浪潮下，帶動原本連3.0階段(自動化)都尚未達到的各種應用逐漸轉變，自動化最基礎根源的科技即是馬達驅動控制，可謂工業4.0的根基，因此目前MR2硬體迴路鎖定馬達驅動相關的應用，包含馬達驅動與自動化系統控制。未來也將逐漸朝電力電子等應用發展，如太陽能逆變器(PV inverter)，提供更多領域方便、安全、有效率的Hardware in the loop平台。 MR2硬體在環提供彈性且便利的擴充端口，讓使用者可以輕易快速的將機械物理系統的即時模擬整合進來，達成全系統的即時模擬平台。詳情可參閱應用案例，或直接聯絡工程團隊以獲得最即時的詳盡的資訊: team@gathertech.net。
  • 為何鎖定在馬達驅動控制領域呢?
    核心團隊成員有10年以上馬達驅動控制研發領域的經驗，深知馬達驅動等使用到大功率電力的系統，在研發與測試過程的困難之處，包含: 高危險性、效率不易提高、設備昂貴笨重且須輪流使用等，因此基於以往豐富的使用經驗，了解硬體迴路在馬達驅動控制領域的價值； 再者，馬達驅動控制為自動化的核心，一般自動化流程、加工流程、機械手臂的控制等，最根本且核心的技術都回歸到高精度高效率的馬達驅動控制，因此可藉由引入硬體迴路技術，提高馬達驅動控制研發能量，也是對產業最有幫助的方式之一； 此外，為求貼近實際系統，馬達驅動應用的硬體迴路需直接處理閘極驅動訊號(Gate driving signal)，最常見的即脈波波寬調變(PWM)訊號，藉此才得以反應出最細微的系統動態，如死區(Dead-band)在電流上的表現等。PWM訊號一般極快，要處理這類訊號，又要有即時模擬的性能，比起一般控制器更具挑戰性! 基於上述三點，MR系列硬體迴路初期即鎖定馬達驅動應用。經過團隊努力的推廣下，目前已有國內幾家大廠採用，且陸續有延伸的應用需求與採購需求的出現，可望進一步將此開發觀念擴散出去。未來我們將持續朝更多的應用領域發展，若您有任何應用需求，都可來信或來電討論，我們可提供客製化的服務。
  • MR2硬體在環與市面上的產品最大的不同在哪?
    市面上Hardware in the loop產品皆定位成模擬軟體，使用者可以針對架構細節進行建構與調整，但這也意味著，使用者必須自行建模，並確認模擬的準確度。一般來說，要確認模擬是否忠實反應實際系統行為，是最需要經驗的地方，況且多單位並未配置有專門的研究模擬人員，因此這類修改的彈性(flexibility)往往對單位來說是提高了應用的複雜度(complexity)。此外，模擬軟體必須可以提供給許多不同領域使用，也因此提高了模擬軟體的開發成本，使用者很有可能花了不少錢買到用不到的功能，再加上Hardware in the loop還有軟硬體間溝通的速度與穩定性問題，使得整套系統價格極高，因此不易普及。 MR2硬體迴路目前鎖定自動化根基: 馬達驅動控制，提供最直覺與便利的操作介面，使用者只須依需求選擇馬達種類、設定相關參數並選定測試條件，即可快速開始進行開發與除錯。在第一次連線與設定後，往後更可達到隨插即用，且可反覆重現測試狀況，對於控制器的調校與除錯，就像使用示波器或電路模擬器(ICE)一樣簡單。
  • MR2硬體在環的售價?
    MR2硬體迴路提供客戶依常用的測試使用需求，進行選用模組的搭配，系統價格與選用的模組組合有關。整體售價依搭配模組不同而有所不同，例如: 使用者可選用非同步感應馬達(Induction motor)與同步磁阻馬達(Synchronous reluctance motor)，搭配負載擴充模組，可測試控制器在驅動這兩種馬達運行下的帶載能力。整體搭配一定遠低於市面上同等性能(可接收並反應PWM等級的HIL)的價格，詳細請來信service@gathertech.net，讓專業人員為您解說與服務。
  • 購買後是否會提供教育訓練？
    會的! 在交機當下就會立即進行操作的教育訓練，由於MR2標榜就是簡單易上手，根據過往的經驗，操作教學只需要1-1.5 hr即可完成!
  • MR2的軟體對電腦有無特殊要求？
    電腦硬體CPU建議i3以上、RAM 4G，但若需要同時執行其它軟體，占用較大記憶體空間，建議CPU i5以上、RAM 8G；軟體則需要Win 7 以上作業系統版本。
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