Control Design

Modellbasierte Funktionsentwicklung nach V‑Modell

• Systematische Entwicklung vom Systemkonzept bis zur verifizierten Serienanwendung entlang des V‑Modells
• Anforderungen werden direkt in Matlab/Simulink-Modelle überführt – kein Medienbruch zwischen Spezifikation und Implementierung
• Automatische Code-Generierung aus validierten Modellen reduziert manuelle Fehler und beschleunigt die Serienüberführung
• Jede Entwicklungsstufe ist dokumentiert und nachvollziehbar – Voraussetzung für funktionale Sicherheit und Zulassungsprozesse

MIL-, SIL- und HIL-Simulation

• Model-in-the-Loop (MIL): Regelungskonzepte werden im Modell getestet, bevor eine einzige Zeile Code geschrieben wird
• Software-in-the-Loop (SIL): Generierter Code wird gegen das Referenzmodell verifiziert – Abweichungen werden früh erkannt
• Hardware-in-the-Loop (HIL): Reale Steuergeräte werden gegen simulierte Lasten und Strecken getestet – unter reproduzierbaren Bedingungen
• Fehlerfälle und Grenzszenarien werden systematisch durchgespielt, ohne Gefahr für Mensch und Hardware

Rapid-Control-Prototyping

• Regelungskonzepte laufen innerhalb von Stunden auf echter Hardware – ohne vollständige Serienentwicklung abwarten zu müssen
• Parametrierung und Strukturänderungen direkt im laufenden Betrieb möglich – schnelle Iterationen in der frühen Entwicklungsphase
• Brücke zwischen Simulation und realem System: Modellverhalten wird unter echten Lastbedingungen validiert
• Ergebnisse fließen direkt in die endgültige Firmware-Implementierung – kein Wissens- oder Datenverlust

Sensorlose Regelungsverfahren

• Drehzahl- und Lageerkennung ohne mechanischen Geber – reduziert Kosten, Bauraum und potenzielle Ausfallquellen
• BEMF-basierte Verfahren für mittlere und hohe Drehzahlen sowie HF-Injektionsverfahren für den Stillstand und Niedrigdrehzahlbereich
• Applikationsspezifische Abstimmung je nach Motortyp, Lastverhalten und Dynamikanforderung
• Besonders geeignet für Pumpen, Lüfter, Kompressoren und Servoantriebe mit begrenztem Einbauraum

FOC-Algorithmen für BLDC/PMSM

• Field Oriented Control (FOC) für bürstenlose Gleich- und Synchronmotoren – maximaler Wirkungsgrad über das gesamte Kennfeld
• MTPA-Strategie (Maximum Torque Per Ampere) für minimale Verluste bei gegebenem Drehmoment
• Feldschwächbetrieb für erweiterten Drehzahlbereich oberhalb der Nennspannung
• Implementierung auf Cortex-M- und DSP-Plattformen mit optimierter Rechenzeit für Regelzyklen unter 50 µs

Transiente Zeitbereichsanalysen

• Simulation des dynamischen Systemverhaltens bei Lastwechseln, Einschaltvorgängen und Fehlerzuständen
• Identifikation kritischer Überspannungen, Stromspitzen und thermischer Belastungen im transienten Betrieb
• Absicherung von Schutzfunktionen und Grenzwerten, bevor Hardware aufgebaut wird
• Grundlage für die Dimensionierung von Pufferkondensatoren, Snubbern und Schutzschaltungen

Kundenspezifische Reglermodelle

• Entwicklung maßgeschneiderter Regelungsarchitekturen für nichtlineare, zeitvariante oder verkoppelte Systeme
• Kaskadenregler, Zustandsregler, prädiktive Regler (MPC) – je nach Anforderung an Dynamik, Robustheit und Rechenaufwand
• Modellidentifikation aus Messdaten, wenn analytische Modelle nicht verfügbar oder zu aufwändig sind
• Vollständige Parametrierung, Verifikation und Übergabe als dokumentiertes Simulink-Modell oder generierter C-Code

Worst-Case-Simulationen

• Systematische Variation von Bauteilparametern, Temperaturen und Versorgungsspannungen zur Absicherung gegen Extremszenarien
• Monte-Carlo-Analysen für statistische Aussagen über Fertigungsstreuungen und Langzeitdrift
• Nachweis der Funktionsfähigkeit über den gesamten Betriebsbereich – Grundlage für Zulassungen und Kundenabnahmen
• Früherkennung von Designschwächen ohne aufwändige Messreihen an realer Hardware

Integration Motor/Elektronik/Regelung

• Ganzheitliche Systembetrachtung: Motor, Leistungselektronik und Regelung werden als Einheit entwickelt und optimiert
• Co-Simulation von elektromagnetischem Motormodell, Leistungsstufe und Regelalgorithmus in einer Umgebung
• Abstimmung von Schaltfrequenz, Totzeit, Filterdimensionierung und Reglerparametern als Gesamtsystem
• Übergabe an die Serienfertigung mit vollständig validiertem Parametersatz und Inbetriebnahme-Dokumentation