Altair Activate透過模擬加速機電產品的開發流程

每個子系統中的複雜有限元素法分析（FEA）模擬或ROM，再加上複合模擬中的不同的選擇，皆可以在設計和最終的深入分析過程中進行快速模擬。在設計階段的前期就必須進行集成的開發過程，連接子系統的整體系統開發方法。

由於產品複雜性、效率、性能、成本以及縮短上市時間所帶來的壓力，導致開發商需要重新評估和改善開發流程。然而大部分的策略可以獨立解決這些所有的挑戰，卻沒有多少策略可以明確地解決這一整套問題。
無論是在開發前的評估或是在開發階段的後期，系統集成都可以幫助提高開發品質、降低技術風險並實現所需目標，並且重視獨立的子系統之間的關聯。例如：有些子系統可以利用從其他子系統模擬中獲得的訊息優化設計，或探討這些子系統對不同系統的影響。
為了探討整體系統開發的方法，使用立式滑板車作為舉例，它結合了輕型機械結構、運動動力學、電動驅動器和控制系統。

多體模型將電動機轉矩作為輸入。電動機轉矩是由電磁模型透過驅動控制器的電流計算。

儘早做出設計決策

設計立式滑板車的機械子系統是一個獨立的過程。輕量化是提高效率和性能最重要的因素之一。透過對機械子系統建模，可以探討運動動力學，而且生成的模型也可以幫助設計控制器和電動機子系統。
控制系統以及電動機的設計可以採用相同的方法，而且也可以是獨立的過程。實際上，這就是大部分的解決方案。在控制系統的開發過程，為了驗證系統，機械模型被簡化為簡單的數學模型，其實就只是一個調整過後的比例積分微分（proportional-integral-derivative，PID）控制器。使用PID控制器仍然是使用最廣泛的控制方案，但就控制器而言，沒有“一種控制器適合所有的系統”。PID控制器通常不適合處理多變數控制問題。而且，參數調整是個耗時的過程，通常需要反覆測試。
由於橫向和縱向都需要控制，所以控制自平衡立式滑板車是一個多變數過程。因此需要使用不同的控制方案（如最佳控制器）取代PID控制器。若是要對最佳控制器進行設計，需要以狀態空間矩陣（ABCD 矩陣）形式的機械子系統作為精確降階模型（reduced order model，ROM）。最佳的解決方案是使用Altair MotionSolve™，線性化模型後，提取所需的ABCD矩陣。Altair Activate®透過這些ROM，為每個平台構建了兩個獨立的最佳控制器。
同樣，設計電動機通常是個獨立任務。在開發前期階段需要進行一些數據交換（例如：尺寸或轉矩曲線）以提供對電動機的需求。這些需求的質和準確性都會影響系統的穩定性、性能甚至效率。儘管如此，準確的計算需求影響的不只是電動機的系統，還會嚴重地影響其他兩個子系統中的模擬準確度。為了創建更精確、高保真度的轉矩曲線，可以在複合模擬中使用控制器和機械子系統的模型。Activate使用MotionSolve內建的函數做到精確地控制，在平台中還可以使用多體模型，進行複合模擬。這邊完成了高精度的轉矩曲線，改善了系統性能、穩定性和效率。了解了需求之後，我們繼續使用Altair Flux設計電動機。

探索整體的設計

集合機械、電機（電動機）和控制子系統，得到馬達的設計需求，並且探索電馬達的設計與驗證系統的性能

儘管每個獨立子系統都經過設計和優化，但是從整體系統來看，還有更多改善產品的機會。例如：即使優化電動機是獨立的，我們也可以選擇不同的設計來探討它們對整個系統的影響。每個電動機都在不同的行駛方式和道路狀況下進行了測試：a）在平坦道路上使用最大速度啟動和停止；b）在平坦的道路上變換道路/轉彎；c）在平坦的道路上爬坡；d）行駛在崎嶇不平的道路。
由於模擬在設計階段極為重要，因此為了進行多次快速模擬，建議為每個電動機設計一個ROM。為此，使用Flux創建了一個描述電動機的性能的靜磁表。並且提供了更加精確的電動機模型和典型的簡化分析模型，也都可以進行快速模擬。

FEA電機模型與多體模型複合模擬中縱向和橫向平面控制器的系統模型

系統驗證

即使在設計過程中對系統性能進行了測試，不過還是要仔細地驗證最終系統。即便使用電動機的ROM得到良好的跡象，但重要的是要考慮到更高的諧波，並替換為高保真度的模型，再與機械子系統和控制器子系統的模型進行複合模擬。在驗證過程中，所有子系統都會啟用MotionSolve和Flux進行模擬。透過驗證結果，發現系統由於轉矩波動而不穩定，然而這個情況在設計階段並不明顯，因此必須要對控制系統進行微調。
如果不對整個系統進行深入的模擬，則會在接下來階段發現不穩定，進而增加開發時間也可能增加成本。

透過以下四個測試對系統進行驗證：1.在平坦的道路上使用最大速度啟動和停止；2.在平坦的道路上爬坡；3.在平坦的道路上變換道路/轉彎；4.行駛在崎嶇不平的道路

系統集成和高保真度切換

為了解決本文開頭提到的問題點和目標，顯而易見地，在設計階段的前期就必須進行集成的開發過程。具有連接的子系統的整體系統開發方法，可以更加優化產品，同時縮短上市時間。每個子系統中的複雜有限元素法分析（finite element analysis，FEA）模擬或ROM，再加上複合模擬中的不同的選擇，皆可以在設計和最終的深入分析過程中進行快速模擬。高保真度模型和ROM之間的切換減少開發的時間，並促進了更簡化的協作式產品開發過程。

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