Regelungs- und Funktionsentwicklung
Funktionen und Regelverhalten gezielt entwickeln
Ein elektrischer Antrieb muss Vorgaben, auch bei veränderter Last, Temperatur oder Versorgung, innerhalb seines vorgesehenen Betriebsbereichs erfüllen. Dafür beschreiben wir das dynamische Verhalten des Systems, legen die Regelung aus und prüfen ihre Reaktion auf Grenzfälle.
Silver Atena entwickelt technische Funktionen und Regelalgorithmen für elektronische Systeme. Wir erstellen Modelle, untersuchen das Verhalten in Simulationen, stimmen Algorithmen auf Sensorik, Aktuatorik und verfügbare Rechenressourcen ab und begleiten ihre Integration und Prüfung im Gesamtsystem.
Herausforderungen bei der Regelung dynamischer Systeme
Regelungen müssen unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen funktionieren. Ein Motor reagiert auf Laständerungen. Sensorsignale können ausfallen oder unplausibel sein. Stellgrößen können ihre Grenzen erreichen. Für solche Fälle muss die Funktion ein definiertes Verhalten vorsehen.
Eine Funktion muss deshalb mehr beschreiben als den gewünschten Normalbetrieb. Auch Übergänge, Grenzfälle und Fehlerreaktionen gehören zum Konzept. Bei sicherheitsrelevanten Anwendungen werden diese Fragen mit der funktionalen Sicherheit abgestimmt.
- Verhalten bei wechselnder Last
Regelalgorithmen werden für den vorgesehenen Betriebsbereich ausgelegt und auf dynamische Änderungen untersucht. - Grenzen von Sensoren und Aktuatoren
Messwerte und Stellmöglichkeiten sind nicht unbegrenzt verfügbar. Diese Grenzen müssen in der Funktion berücksichtigt werden. - Umgang mit Fehlerzuständen
Bei unplausiblen Signalen oder Ausfällen muss das Verhalten zur Anwendung und zu den geltenden Sicherheitsanforderungen passen. - Vom Modell zum realen System
Simulationen ermöglichen eine frühe Bewertung. Messungen und Tests am realen System prüfen, ob die Funktion die Anforderungen unter den vorgesehenen Bedingungen erfüllt.
Leistungen in der Regelungs- und Funktionsentwicklung
Silver Atena entwickelt Regelungs- und Steuerungsfunktionen für elektrische Antriebe und weitere elektronische Systeme. Dazu gehören physikalische Modellbildung, Algorithmenentwicklung, Signalverarbeitung sowie die Abstimmung und Kalibrierung der Funktionen am System.
Im Mittelpunkt dieser Kompetenz steht das Funktionsverhalten: Wie soll das System auf Eingänge, Zustandsänderungen und Störungen reagieren? Softwarearchitektur, Treiber und die hardwarenahe Umsetzung übernimmt die Embedded-Softwareentwicklung. Beide Bereiche stimmen die Implementierung der Algorithmen gemeinsam ab.
Funktionsanforderungen und Regelungskonzepte
Aus den Systemanforderungen leiten wir ab, welches Verhalten eine Funktion erreichen soll und unter welchen Bedingungen es gelten muss. Darauf aufbauend entwickeln wir ein Regelungs- oder Steuerungskonzept.
Zu klären sind beispielsweise benötigte Sensorsignale, Stellgrößen, Betriebszustände und die Schnittstellen zu anderen Funktionen.Physikalische Modellbildung und Simulation
Modelle bilden das für die Funktion relevante Verhalten eines Systems ab. Mit Simulationen lassen sich Regelungsansätze vergleichen und Reaktionen auf unterschiedliche Betriebsbedingungen untersuchen, bevor das vollständige Produkt verfügbar ist.
Ein Modell beruht auf Annahmen und ersetzt die Prüfung am realen System nicht. Es hilft, kritische Fälle und Testbedingungen gezielt auszuwählen.Regelalgorithmen und Signalverarbeitung
Silver Atena entwickelt Algorithmen für die Verarbeitung von Messwerten und die Berechnung von Stellgrößen. Je nach Anwendung betrifft dies beispielsweise Strom, Drehzahl, Drehmoment oder Position.
Dazu gehört auch die Betrachtung von Signalplausibilität, Zustandswechseln und Begrenzungen. Die konkrete Funktion ergibt sich aus dem jeweiligen Produkt.
Kalibrierung und Verhalten an Grenzen
Parameter einer Regelung werden auf das System abgestimmt. Wir betrachten dabei den vorgesehenen Betriebsbereich und Fälle, in denen sich Lasten ändern, Signale unplausibel werden oder Stellgrößen an ihre Grenzen gelangen.
Die Bewertung erfolgt zunächst am Modell und anschließend, soweit für die Funktion erforderlich, am realen System.Integration und Funktionsabsicherung
Funktionsmodelle und Algorithmen werden mit der Embedded-Softwareentwicklung für die Umsetzung auf dem Steuergerät abgestimmt. Tests mit Model-in-the-Loop, Software-in-the-Loop und Hardware-in-the-Loop können das Verhalten auf unterschiedlichen Entwicklungsstufen prüfen. Welche Teststufen zum Einsatz kommen, richtet sich nach dem Projekt.
Für Prüfstände und Tests des integrierten Produkts arbeiten wir mit den Bereichen Testsysteme und Prüfstandsentwicklung sowie Test und Validierung zusammen.
Entwicklungsprozess für Regelalgorithmen und technische Funktionen
Der Entwicklungsweg beginnt mit dem geforderten Systemverhalten. Simulation, Implementierung und Messung liefern anschließend Erkenntnisse, mit denen Konzept und Parameter weiterentwickelt werden.
- Funktionsverhalten festlegen
Wir klären, welche Eingänge, Ausgänge und Betriebszustände für die Funktion relevant sind. Auch Grenzfälle und Anforderungen an Fehlerreaktionen werden erfasst. - Systemverhalten modellieren
Die für die Regelung wesentlichen physikalischen Zusammenhänge werden in einem Modell beschrieben. Dessen Detailgrad richtet sich nach der Fragestellung. - Regelung entwickeln und simulieren
Auf Grundlage des Modells werden Algorithmen entworfen und in verschiedenen Szenarien untersucht. Ergebnisse aus der Simulation helfen, das Konzept und seine Parameter anzupassen. - Umsetzung auf dem Steuergerät abstimmen
Wir stimmen die Umsetzung der Funktion mit Hardware- und Embedded-Softwareentwicklung ab und integrieren sie auf dem Steuergerät. Dabei müssen unter anderem verfügbare Sensorsignale, Stellgrößen und Ressourcen des Zielsystems berücksichtigt werden. - Verhalten prüfen und kalibrieren
Tests auf Modell-, Software-, Prüfstands- oder Systemebene zeigen, wie die Funktion unter den geforderten Bedingungen reagiert. Erkenntnisse daraus fließen in Algorithmus und Kalibrierung zurück.
Methoden und Werkzeuge der Regelungsentwicklung
Silver Atena arbeitet mit klassischen und modellgestützten Entwicklungsmethoden. Zur fachlichen Grundlage dieser Kompetenz gehören physikalische Modelle, Simulationen, Algorithmenentwicklung, Kalibrierung sowie die Untersuchung von Robustheit und Grenzfällen. Model-in-the-Loop-, Software-in-the-Loop- und Hardware-in-the-Loop-Tests können die Prüfung auf unterschiedlichen Entwicklungsstufen unterstützen.
Bei sicherheitsrelevanten Funktionen richtet sich die Entwicklung nach den Anforderungen des jeweiligen Projekts. Bei sicherheitsrelevanten elektrischen und elektronischen Fahrzeugsystemen kann ISO 26262 für die Funktionsentwicklung maßgeblich sein. Automotive SPICE dient der Bewertung von Entwicklungsprozessen. Für Luftfahrtanwendungen werden Entwicklungs- und Nachweisanforderungen nach Funktion, Sicherheitsrelevanz und Zulassungskontext festgelegt.
Regelungsfunktionen für Automotive, Aerospace und Defence
Automotive
Elektrische Antriebe, Fahrwerks- und Energiesysteme benötigen Funktionen, die auf sich ändernde Zustände reagieren. Je nach Anwendung geht es etwa um die Regelung von Strom, Drehzahl oder Drehmoment sowie um die Abstimmung mit Sensorik und Aktuatorik.
Aerospace
Regelungs- und Steuerungsfunktionen können etwa in elektrischer Aktuatorik, Flug- und Triebwerkssystemen oder der Energieversorgung eingesetzt werden. Weitere Anwendungen richten sich nach dem konkreten System. Die erforderliche Entwicklung und Nachweisführung richtet sich nach der jeweiligen Funktion und ihren Sicherheitsanforderungen.
Defence
Auch in Defence-Anwendungen muss eine Funktion innerhalb ihres vorgesehenen Einsatzbereichs definiert reagieren. Variable Lasten und anspruchsvolle Umgebungsbedingungen können die Auslegung und Prüfung der Regelung beeinflussen.
Ihr Nutzen durch modellgestützte Funktionsentwicklung
- Verhalten vor der fertigen Hardware untersuchen
Modelle und Simulationen ermöglichen eine frühe Bewertung von Funktionen und Regelungsansätzen. - Grenzfälle gezielt prüfen
Lastwechsel, Sensorfehler und Begrenzungen können in die Entwicklung und Testplanung einbezogen werden. - Parameter am System abstimmen
Die Kalibrierung verbindet das entwickelte Regelungskonzept mit dem Verhalten der realen Anwendung. - Integration vorbereiten
Definierte Signale, Zustände und Schnittstellen erleichtern die Abstimmung zwischen Funktion, Hardware, Software und Test.
Regelungsentwicklung im Zusammenspiel mit Hardware, Software und Safety
Requirements Engineering beschreibt das geforderte Verhalten. Systemarchitektur & Systemintegration ordnet die Funktion in das Gesamtsystem ein. Die Hardwareentwicklung stellt unter anderem Sensor-, Kommunikations- und Leistungsschnittstellen bereit.
Die Regelungs- & Funktionsentwicklung erarbeitet, wie das System auf Eingänge und Zustände reagieren soll. Die Embedded-Softwareentwicklung setzt die Algorithmen auf dem Steuergerät um und integriert sie dort. Bei sicherheitsrelevanten Funktionen stimmen wir Grenzen und Fehlerreaktionen mit der funktionalen Sicherheit ab. Cybersecurity-Anforderungen berücksichtigen wir, soweit sie die Funktion betreffen.
Testsysteme und Prüfstandsentwicklung sowie Test und Validierung unterstützen die Prüfung vom Funktionsmodell bis zum integrierten Produkt.
Warum Silver Atena für Regelungs- und Funktionsentwicklung?
Silver Atena entwickelt Regelungskonzepte und Algorithmen im Zusammenhang mit elektronischer Hardware, Embedded Software und Systemtest. Dadurch kann eine Funktion bereits bei der Entwicklung auf die verfügbaren Schnittstellen und die spätere Integration abgestimmt werden.
Die Erfahrung mit elektrischen Antrieben und sicherheitsrelevanten elektronischen Systemen verbindet die Arbeit am Modell mit der Untersuchung des Verhaltens auf Prüfständen und im Produkt. Welche Entwicklungs- und Testschritte erforderlich sind, bestimmt die jeweilige Anwendung.
Regelungskonzept oder Funktion besprechen
Sie entwickeln einen elektrischen Antrieb, Aktuator oder ein anderes geregeltes System? Silver Atena unterstützt Sie bei Funktionsanforderungen, Modellbildung und Regelalgorithmen sowie bei deren Integration und Prüfung.