Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2021 - zeszyt 1

Integrated PBL and HIL practices for real-time simulations applied in technical and engineering teaching using embedded systems

10.15199/48.2021.01.08

nr katalogowy: 129829
10.15199/48.2021.01.08

Streszczenie

Many educational institutions do not have sufficient resources to acquire expensive devices to make the dialoged and practical classes more attractive, both for students and for teachers. In view of these concerns, it is proposed a procedure that integrates PBL (Problem based Learning) and HIL (Hardware in The Loop) methods to test different dynamic systems, verify stability of the implemented control equations, or even validate useful algorithms in many areas, from basic disciplines of Exact Sciences to Technical and Engineering courses. The conception approach is presented here to justify the best possible cost-effectiveness benefits to simulate real-time systems, with financial and time reductions. The project consists of developing three prototypes (heat exchanger, electronic converter and “Beam and Ball” experiment) by means of a mathematical modeling using the Matlab / Simulink software, to embedded this model in a HIL hardware in order to simulate / diagnose the performance of such systems. These examples can be used in both practical and theoretical classes, in order to encourage students to deal with real problems in search of their solutions

Abstract

Wiele instytucji edukacyjnych nie ma wystarczaja˛cych s´rodków na zakup drogich urza˛dzen´ , które uczynia˛ prowadzone z dialogiem i zaje˛cia praktyczne bardziej atrakcyjnymi zarówno dla uczniów, jak i nauczycieli. W zwia˛zku z powyz˙szym proponuje sie˛ procedure˛ integruja˛ca˛ metody PBL (Problem based Learning) i HIL (Hardware in The Loop) w celu testowania ró˙znych układów dynamicznych, weryfikacji stabilno´sci zaimplementowanych równa´n sterowania, a nawet walidacji u˙zytecznych algorytmów w wielu obszarach, od z podstawowych dyscyplin nauk ´scisłych po kursy techniczne i in˙zynierskie. Przedstawione jest tutaj podej´scie koncepcyjne w celu uzasadnienia mo˙zliwie najlepszych korzy´sci w zakresie efektywno´sci kosztowej symulacji systemów w czasie rzeczywistym, przy jednoczesnym ograniczeniu finansowym i czasowym. Projekt polega na opracowaniu trzech prototypów (wymiennik ciepła, przetwornik elektroniczny i eksperyment „Belka i kula”) za pomoca˛modelowania matematycznego z wykorzystaniem oprogramowania Matlab / Simulink, w celu osadzenia tego modelu w sprz˛ecie HIL w celu symulacji / zdiagnozowania działania takiego systemy. Przykłady te moz˙na wykorzystac´ zarówno na zaje˛ciach praktycznych, jak i teoretycznych, aby zache˛cic´ uczniów do rozwia˛zywania rzeczywistych problemów w poszukiwaniu ich rozwia˛zania.(Zintegrowane praktyki PBL i HIL do symulacji w czasie rzeczywistym stosowane w nauczaniu technicznym i in˙zynieryjnym z wykorzystaniem systemów wbudowanych)

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Taewoo Nam. Technology usage, expected job sustainability, and perceived job insecurity. Technological Forecasting and Social Change, 138:155–165, 2019.
[2] Nikolai Siniak, Sergey Shavrov, Ninoslav Marina, and Karol Krajco. Examining the feasibility of industry 4.0 for the real estate sector with a lens of value and job creation. 2019.
[3] Jos Moust, Peter Bouhuijs, and Hans Schmidt. Introduction to problem-based learning. Routledge, 2019.
[4] David Moises Barreto dos Santos and Carlos Alberto dos Santos da Silva. Problem-based learning in a computer engineering program: Quantitative evaluation of the students’ perspective. IEEE Latin America Transactions, 16(7):2061–2068, 2018.
[5] M. Shoushtari and N. Dutt. Sam: Software-assisted memory hierarchy for scalable manycore embedded systems. IEEE Embedded Systems Letters, 9(4):109–112, 2017.
[6] S.S. Noureen, N. Shamim, V. Roy, and S.B. Bayne. Real-time digital simulators: A comprehensive study on system overview, application, and importance. International Journal of Research and Engineering, 4(11):266–277, 2017.
[7] L.A. Grégoire, M. Cousineau, S.I. Seleme jr, and P. Ladoux. Real-time simulation of interleaved converters with decentralized control. In ICREPQ 2016.International Conference on Renewable Energies and Power Quality, pages 1–6, 2016.
[8] Y. Li, X. Xu, X. Sun, H. Xue, H. Jiang, and Y. Qu. Theoretical and experimental analytical study of powertrain system by hardware-in-the-loop test bench for electric vehicles. International Journal of Vehicle Systems Modelling and Testing, 12(1- 2):44–71, 2017.
[9] A. Fernández-Álvarez, M. Portela-García, M. García-Valderas, J. López, and M. Sanz. Hw/sw co-simulation system for enhancing hardware-in-the-loop of power converter digital controllers. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 5(4):1779–1786, 2017.
[10] Ricardo Arias, Alecir Pedro da Cunha, and Alejandro Rafael Garcia Ramirez. Teaching of mechanical vibration concepts using the computational simulation. IEEE Latin America Transactions, 18(4):659–667, 2020.
[11] Rajita Dak, Suchitra Khoje, and Prajakta J Pardeshi. A review on cost-efficient virtual laboratory: A teaching aid. In 2017 International Conference on Computing Methodologies and Communication (ICCMC), pages 663–667. IEEE, 2017.
[12] Paweł Kielan, Damian Mazur, and Adrian Szklarz. Bldc motor control in hil configuration with the use of matlab/simulink software and plc. Przegla˛d Elektrotechniczny, 93, 2017.
[13] Leon Adams and Strategic Marketing. Choosing the right architecture for real-time signal processing designs. Texas Instruments, Document Number SPRA879, 2002.
[14] Nicolas Frick. Advantages of fpga based robot control compared to cpu and mcu based control methods. 2020.
[15] Michael Klug. Construção e controle de uma plataforma experimental ball and beam. Revista Técnico Científica do IFSC, (6):65, 2018.
[16] Arthur HR Rosa, Matheus BE Silva, Marcos FC Campos, Renato AS Santana, Welbert A Rodrigues, Lenin MF Morais, et al. Shil and dhil simulations of nonlinear control methods applied for power converters using embedded systems. Electronics, 7(10):241, 2018.
[17] Khurshid Aliev, Francesco Rugiano, and Eros Pasero. Smartphone and bluetooth smart sensor usage in iot applications. Sensors & Transducers, 201(6):27–34, 2016.
[18] Sadik Kakac, Hongtan Liu, and Anchasa Pramuanjaroenkij. Heat exchangers: selection, rating, and thermal design. CRC press, 2020.
[19] Ahmad Fakheri. Heat exchanger efficiency. 2007.
[20] Ramon Ferreiro Garcia. Improving heat exchanger supervision using neural networks and rule based techniques. Expert Systems with Applications, 39(3):3012–3021, 2012.
[21] Zoubir Belgroun, Mustapha Hatti, and Salah Hanini. Power interface efficiency evaluation for photovoltaic system used in hydrogen production. Przegla˛d Elektrotechniczny, ISSN, pages 0033–2097, 2019.
[22] H. Y. Kanaan and K. Al-Haddad. A novel averaged-modelbased control of a sepic power factor corrector using the input/ output feedback linearization technique. In Power Electronics Specialists Conference, 2005. PESC’05. IEEE 36th, pages 565–571. IEEE, 2005.
[23] Hasan Komurcugil, Samet Biricik, and Naki Guler. Indirect sliding mode control for dc-dc sepic converters. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2019.
[24] Arthur HR Rosa, Thiago M De Souza, Lenin MF Morais, and Seleme I Seleme. Adaptive and nonlinear control techniques applied to sepic converter in dc-dc, pfc, ccm and dcm modes using hil simulation. Energies, 11(3):602, 2018.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2021-1 , nr katalogowy 129829 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2021-1 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	58.00 zł
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2021-10 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	55.00 zł
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2021-11 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	55.00 zł
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2021-12 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	55.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2021-1

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma