Anonim

Ponavljano testiranje prototipa hardvera jedan je od načina za obračun višestrukih varijacija tijekom procesa razvoja elektroenergetskog sustava zrakoplova. Tradicionalne metode ispitivanja prototipa, međutim, nisu prikladne za potpuno ispitivanje svih mogućih varijacija. Najbolja opcija je premještanje dizajnerskih i testnih aktivnosti u svijet simulacije. Pomoću simulacije dizajnerski timovi mogu stvoriti i analizirati virtualne prototipove svojih dizajna kako bi vidjeli kako izvori varijacija utječu na performanse. Uz pomoć simulacije, dizajnerski timovi mogu točno modelirati izvore varijacija i analizirati njihov utjecaj na performanse elektroenergetskog sustava. Rezultat je bolja kvaliteta sustava uz niže troškove prototipiranja. Kako bi se simulacija učinkovito koristila, dizajnerski tim mora usvojiti organizirani pristup razvoju sustava. Iako postoji mnogo razvojnih pristupa dizajniranih za poboljšanje pouzdanosti sustava, većina ih ima svoje korijene u načelima robusnog dizajna.

Općenito govoreći, robusni dizajn je provjerena razvojna filozofija usmjerena na optimiziranje performansi, pouzdanosti i troškova sustava. Da bi se postigao ovaj cilj optimizacije, robusni principi dizajna moraju biti sastavni dio procesa dizajna od prvih faza razvoja sustava. Taguchi metoda je popularna metodologija robusnog dizajna koja vizualizira sustav u smislu četiri važna faktora: faktori signala, faktori odziva, faktori buke i upravljački faktori. Sve četiri imaju izravan utjecaj na rad sustava.

Čimbenici signala su signali ili naredbeni ulazi u sustav. Čimbenici reakcije određuju kako sustav reagira na ulaze. Faktori buke su varijacije dizajna koji uzrokuju odstupanje odnosa naredba-odgovor sustava od nominalnog. Faktori kontrole su metode koje je dizajnerski tim koristio za kompenzaciju varijacija.

n

Računanje svih interakcija između faktora signala, reakcije, buke i upravljanja može biti kompliciran proces. Složenost zadatka proporcionalna je složenosti dizajna. Robusni dizajn temeljen na simulaciji je jedini praktični način da se u potpunosti analizira učinak varijacije na performanse sustava. Takav simulacijski tijek podržava sljedeće ključne projektne aktivnosti: uspostaviti osnovnu izvedbu za nazivni sustav sustava; odrediti koji parametri dizajna imaju najviše utjecaja na metrike performansi sustava; fino podešavanje kritičnih parametara za optimizaciju performansi sustava; analizirati odziv sustava jer se parametri dizajna mijenjaju unutar njihovog raspona tolerancije; osigurati da komponente sustava ostanu unutar zadanih sigurnih radnih granica; provjerite rad sustava jer ključne komponente vode u kvar.

U nominalnoj fazi dizajna projektni tim provjerava zadovoljava li sustav kriterij nazivnog učinka naveden u projektnoj specifikaciji. Analiza osjetljivosti govori dizajnerskom timu koji parametri sustava najviše utječu na metrike performansi. Parametrijska analiza proizlazi iz analize osjetljivosti i proučava utjecaj na odgovor sustava s promjenama ključnih parametara komponente. Statistička analiza analizira kako slučajne kombinacije vrijednosti dizajnerskih parametara utječu na performanse sustava. Analiza stresa istražuje naprezanja postavljena na sustav kako bi se vidjelo jesu li neke komponente pomaknute izvan njihovih operativnih granica. Analiza načina neuspjeha analizira performanse jer komponente unutar sustava uzrokuju neuspjeh. Dok se simulacijski tijek robusnog dizajna prikazuje kao serijski postupak, promjene dizajna u jednom koraku toka često zahtijevaju ponavljanje prethodnih koraka.

Imajte na umu da iterizirane analize, kao što su parametrijske i statističke simulacije, mogu biti posebno računalne. Projektni timovi trebali bi odabrati alate za simulaciju koji imaju distribuirane računalne mogućnosti, gdje se pojedinačni simulacijski ciklusi više ponavljane analize šire na računsku mrežu. Simulator podržava raspodijeljeno računarstvo, pružajući dizajnerskim timovima mogućnost da izvrše iteterizirane analize u djeliću vremena potrebnog za izvršavanje jednog procesora.

Modeliranje sustava

Učinkovita primjena toka robusnog dizajna ovisi o performansama simulacije, što zauzvrat ovisi o odabiru inteligentnih modela. Projektni timovi moraju odabrati modele koji su točni i brzo simuliraju. Ključ pravilnog odabira modela je usredotočiti se na to što znači točnost. Često se proizvode simulacijski modeli koji pokušavaju uzeti u obzir svaki aspekt ponašanja uređaja.

Iako postoje slučajevi kada je potreban sveobuhvatni model, to je samo u nekoliko dizajnerskih situacija. Treba odabrati modele uređaja ili ih razviti samo ona ponašanja koja su kritična za dizajn. Tehnologija opisa jezika hardvera (HDL) omogućuje to. S naprednim HDL-om, poput jezika MAST iz Synopsys-a ili VHDL-AMS jezika standardiziranog od strane IEEE, dizajnerski timovi mogu odabrati ili stvoriti modele koji su točni i istovremeno se simuliraju.

Primjer elektroenergetskog sustava zrakoplova

Za ilustraciju simulacijskog toka utemeljenog na robusnom dizajnu, razmotrite osnovni pretvarač od 230 Vac do 28Vdc u elektroenergetskom sustavu zrakoplova. Ovdje je svrha ukratko prikazati postupak simulacije. Detaljan dizajn pretvarača izvan je opsega ovog članka.
Prvi korak u analizi pretvarača je izrada simulacijskog modela. Ovaj se sustav može modelirati na različite načine, uključujući idealan pretvarač, pretvarač s prosječnom sklopkom ili kao potpuno preklopljeni pretvarač. Svaki model ima svoje mjesto i svrhu u tijeku razvoja. Idealan model pretvarača može se koristiti za istraživanje topologija pretvarača. Model s prosječnom sklopkom pomaže dizajnerskom timu da optimizira stabilnost sustava. Potpuno prebačeni model najprikladniji je za detaljan dizajn i konačnu provjeru sustava.

Pored pomaganja u analizama stabilnosti sustava, model s prosječnim prekidačem pruža i najbolju kombinaciju između detaljnih dizajna i performansi simulacije. Budući da su performanse simulacije ključne za učinkovit i učinkovit tok robusnog dizajna, dizajnerski timovi trebali bi koristiti ovaj nivo modela za većinu simulacija elektroenergetskog sustava.

Kontinuirana elektrifikacija zrakoplovnih sustava kritičnih za let zahtijeva da sposobnost proizvodnje i pretvorbe energije na brodu udovoljava strogim standardima pouzdanosti. Ovi standardi moraju se ispuniti usprkos varijacijama u komponentama elektroenergetskog sustava, proizvodnim procesima i uvjetima okoliša. Načela robusnog dizajna, zajedno s vrhunskim alatima za analizu poput simulatora Sabre iz Synopsys-a, pružaju dizajnerskim timovima virtualne alate za izradu prototipa koji su im potrebni za analizu i obračun varijacija koje najviše utječu na performanse elektroenergetskog sustava.