Tuleviku inseneride ettevalmistamisel on praktiline lähenemine üha olulisem – just sellest tõdemusest lähtudes uuendatakse Tallinna Tehnikaülikoolis elektrotehnika ja mehhatroonika õppekava õppeaineid ning praktikumides leiab olulise koha mudelipõhine lähenemine.
Tänapäevase tootmise lahutamatuks osaks on elektriajamid – need on kasutusel väga erinevates valdkondades koduelektroonikast kuni elektrisõidukini ehk kõikjal, kus on vaja mootoreid täpselt ja optimaalse energiakuluga juhtida ning süsteemide töökindlust suurendada.
Elektriajamite juhtimissüsteemi arendatakse ja optimeeritakse pidevalt, et nende erinevad komponendid sujuvalt koos töötaksid. Just arendustöös on heaks abiliseks mudelipõhine lähenemine, mille abil komponentide toimimist hinnata: mudeli abil saab simuleerida ja analüüsida erinevaid juhtimisalgoritme, et elektriajamite jõudlust ja efektiivsust paremaks muuta.
Mudelipõhine disain võimaldab luua väga täpse simulatsiooni, mis kajastab reaalset olukorda ja aitab testida süsteemi juba enne selle füüsilist tootmist.
„Rakendus aitab katsetada ja optimeerida erinevaid parameetreid, nagu mootori disain, ajami juhtimisseaded ja energiatarbimine. See on oluline trend, kuna elektriajamid on laialdaselt kasutusel tööstuses ja transpordis ning energiatõhusus on oluline nii keskkonna kui ka kulude seisukohalt,“ räägib professor Anton Rassõlkin, Tallinna Tehnikaülikooli mehhatroonika ja autonoomsete süsteemide uurimisrühma juht. „Muu hulgas rakendatakse mudelipõhise lähenemise kontseptsiooni näiteks digitaalse kaksikute (Digital Twins) arendamisel.“
Uusimad teadmised intergreeritakse õppesse
Eeltoodut arvestades tuuakse mudelipõhist lähenemist ka õppekavadesse. Nii saavad IKT-projekti raames uue sisu kaks magistrikava õppeainet. Nendeks on elektrotehnika ja mehhatroonika õppekava ained „tööstusautomaatika ja ajamid“ ning „masinnägemine“. Eesmärk on anda õpilastele põhjalikud teadmised elektriajamite juhtimisest ning mudelipõhise disaini metoodikast, ent nad suudaksid tulevikus tööstustes lahendada reaalseid väljakutseid.
„Julgustame üliõpilasi teoreetilisi teadmisi kohe ka järgi katsetama. Praktikumis osaledes saavad nad mudelipõhise lähenemise abil teada, kuidas toimub elektriajamite juhtimissüsteemide arendamine, nad saavad neid olulisi süsteeme ise kavandada, testida ja täiustada,“ toob esile doktorant-nooremteadur Mahmoud Ibrahim.
Muu hulgas on kasutusel MATLABi simulatsioonid. „MATLAB Simulinki platvormil on võimalik reaalajas koodi genereerida ja katsetada. See on mootorite juhtimissüsteemide arendamisel muutumas asendamatuks tööriistaks, sest simulatsioonilt on võimalik sujuvalt edasi riistvararakendusele liikuda.“ Praktikumides kasutatakse püsimagnetergutusega sünkroonmootori (PMSM) juhtimiseks TI F28379D mikrokontrollerit. PMSM-id on hinnatud oma kõrge efektiivsuse, suurepärase pöördemomendi juhtimise ja sujuva töö tõttu, mis teeb neist ideaalse valiku elektrisõidukite ja robootika rakendustes. TI F28379D mikrokontroller sobib keeruliste juhtsüsteemide jaoks tänu oma kahe tuuma protsessorile ja võimekusele reaalajas toiminguteks, muutes selle populaarseks nii õppetöö kui ka teadustöö kontekstis.
Õppeained muutuvad projekti toel praktilisemateks
Olulisel kohal tulevaste inseneride ettevalmistamisel on õppeaine „Tööstusautomaatika ja ajamid“. See keskendub tööstusautomatika ja elektriajamite valdkonnale ning tutvustab kaasaegseid kontseptsioone ja tehnoloogiad. Üheks oluliseks elemendiks on seejuures IoT tehnoloogia rakendamine elektrimootorite juhtimisel. Selleks on loodud elektrimootori juhtimise referentsrakendus, mis pakub alguspunkti elektrimootorite juhtimise arendustegevustele, kasutades mudelipõhise disaini (Model-Based Design) lähenemist. Arendustegevuse eesmärgiks on tutvustada üliõpilastele tööstusliku automatiseerimise ja elektriajamite olulisust ning nende valdkondade uusimaid suundumusi.
Õppeaine keskendub praktilisele õppele: üliõpilased saavad käed-külge kogemuse reaalse elektrimootori juhtimise katseseadme kasutamisel. Mudelipõhise disaini metoodika abil saavad nad arendada elektrimootorite juhtimislahendusi, mis võtavad arvesse nii riistvara kui ka tarkvara aspekte.
Sisu hõlmab teoreetilisi teadmisi elektriajamitest ja juhtimissüsteemidest. Praktiline osa keskendub elektrimootori juhtimise näidisrakendusele: üliõpilased saavad eksperimenteerida erinevate juhtimisalgoritmidega, häälestada parameetreid ning jälgida reaalajas mootori käitumist.
Uue mooduli sihtrühm hõlmab elektroonika, automaatika, elektrotehnika ja seotud erialade üliõpilasi. Samuti võib see olla kasulik tööstuse automatiseerimise, tootearenduse, elektroonika inseneridele ja spetsialistidele, kes soovivad laiendada oma teadmisi tööstusautomaatika ja elektriajamite valdkonnas. See hõlmab tööstussektorit, kus automatiseerimine on oluline, näiteks tootmisettevõtted, logistikafirmad ja energiatootjad. Arendustegevuse tulemusena omandavad õpilased põhjalikud teadmised elektriajamite juhtimisest ja mudelipõhine disaini metoodikast. Nad suudavad luua, kohandada ja analüüsida elektrimootorite juhtimissüsteeme ning lahendada reaalseid probleeme selles valdkonnas. Õppeaine toetab õppurite võimekust lahendada reaalseid väljakutseid tööstuses ning valmistab neid ette kaasaegsete tehnoloogiate kasutamiseks elektriajamite juhtimisel ja tööstusliku automatiseerimise valdkonnas üldiselt.
Kommentaar: Simulatsioonid ja reaalsed katsed saavad ühes praktikumis kokku
Kenari Koonik, üliõpilane
Õppides elektrotehnika ja mehhatroonika erialal on õppetöö kõige põnevaimaks osaks just praktikumid, kus saab ise enda kätega koostada toimiva ahela ja kui toimivat koodi õigesti rakendada, siis näeb ka toimivat lahendust füüsilisel kujul.
Matlabi simulatsioonid loovad meile võimalused testida meie visioone ohutult ja kogeda reaalseid katsed, saame ise näha kogu toimivat protsessi ja see loob meile võimaluse genereerida uusi ideid. See loob meile võimalused genereerida uusi ideid säilitades põnevuse ja loob tingimused, et korrata protsessi üha uuesti. Väike loodud komplekt on kompaktne, kuid võib muuta meie elu kardinaalselt.
