系统仿真系统加速机电调整产品开发

围绕产品复杂性，效率，性能，成本和更短的市场牵头行业的压力增加，以重新评估和改善开发过程。各种策略可以独立解决每个挑战，但许多人可以提供清晰的道路来解决所有这些道路。

系统集成 - 两者在开发的最前沿和后来的开发阶段 - 可以帮助提高开发过程的质量，降低技术风险，并实现上述目标，同时激励历史上独立工程群之间的合作。例如，有些子系统可以更好地设计与源自其他子系统的信息;或者可以使用不同保真品的模型来调查它们对整个系统的影响。

探讨整体系统开发方法的好处，值得重新审视这个直立的滑板车示例当它结合了轻量级的机械结构，运动动力学，电子电机驱动和相应的控制。

提前制定设计决策

直立滑板车的机械子系统设计是一个独立的过程。轻量化是提高效率和性能的最重要因素之一。通过对机械子系统的建模，研究运动动力学可以举行，但结果模型也可以帮助设计两个控制器和电动机子系统。

控制和电机的设计可以遵循相同的方法，并成为独立的过程。事实上，这在历史上一直是解决方案。在控制器的开发过程中，机械模型简化为一个简单的数学模型，仅用于验证。结果是一个调整的比例-积分-微分(PID)控制器。PID控制器仍然是最广泛使用的控制方案，但在控制器方面没有“一刀切”的方法。对于多变量控制问题，pid是不够的。此外，参数调优是一个耗时的过程，通常依赖于反复试验。

控制自平衡的直立踏板车是一个多变量的过程。横向和纵向平面都需要控制。需要使用不同的控制方案（如最佳控制器）而不是PID，而不是PID。要设计，最佳控制器需要状态空间矩阵（ABCD矩阵）的机械子系统的精确降低的订单模型（ROM）。解决方法是使用Altair Motionsolve™为了线性化模型，然后提取所需的ABCD矩阵。通过这些ROM，建立了两个相应的最佳控制器AltairActivate®.每架飞机。

同样，发动机的设计通常是一个孤立小组的独立任务。在早期开发阶段有一些数据交换(如尺寸或扭矩轮廓)，以提供对电机的要求。这些要求的质量和准确性对系统的稳定性、性能甚至效率都有影响。尽管如此，准确需求的计算并不保证针对筒仓马达设计小组，但它高度推动了对其他两个子系统进行最精确的仿真。为了建立更精确的转矩轮廓，可采用控制器和机械子系统的高保真模型进行联合仿真。Activate提供精确的控制，因为内置的MotionSolve块功能作为一个集成平台，允许与多体MotionSolve模型联合仿真。这提供了一个高度准确的扭矩轮廓，导致改进的系统性能，稳定性和效率。有了一套明确的要求，我们继续设计Altair Flux™电机。

整体设计探索

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虽然每个独立的子系统都要经历设计和优化的循环，但当系统被视为一个整体时，就有进一步改进产品的机会。例如，即使电机是独立优化的，我们也可以选择不同的设计来研究它们对整个系统的影响。每台电机在不同的驾驶和道路轮廓下进行了测试:a)在平稳的道路上以最大速度启动和停止;B)在平滑的道路上变道/转弯;C)在平坦的道路上爬坡;d)崎岖的道路。

对于多重，快速仿真，在设计探索期间至关重要，建议为每个电机设计创建ROM。为此，使用通量来创建描述电机行为的磁静静电张贴表。这提供了两个世界的最佳选择;一种明显更精确的电动机模型和诸如仍允许快速仿真的典型简化的分析模型。

系统验证

尽管在设计探索期间对系统性能进行了研究，但最好还是更详细地看看最终的系统。电动机ROM的使用提供了一个良好的第一个指示，但重要的是要考虑到更高的谐波，然后用高保真模型代替它与机械和控制器子系统的模型联合仿真。在验证过程中，所有子系统都利用内置的MotionSolve和Flux模块与Activate进行联合仿真，模拟系统的系统。通过验证过程，发现系统由于扭矩波动而不稳定，在设计探索阶段并不明显。这导致了控制系统的轻微重新设计。

如果没有对整个系统进行深入的仿真，就会在后期发现不稳定性，从而显著增加开发时间和可能的成本。

系统集成和战略保真性切换

为了解决本文开头提到的痛点和目标，很明显，在设计周期中早期需要更具综合的开发过​​程。具有连接子系统的整体系统开发方法可以导致更优化的产品，同时减少上市时间。每个子系统的复杂有限元分析（FEA）仿真或ROM之间的选择以及共模的选项允许在设计探索期间快速模拟，并对最终设计的深入分析。高保真型号和ROM之间的简单切换可降低开发时间并促进更精简的协作产品开发过程。

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