Моделирование систем Цифровой Обработки Сигналов в среде LabVIEW Круглов Евгений Владимирович, аспирант МИФИ Решетов Владимир Николаевич, к.ф.-м. н. доцент МИФИ. Москва 2008

Введение в LabVIEW Control Design and Simulation

Agenda Введение в разработку управляющих систем Системы идентификации Разработка динамических систем Моделирование Создание прототипа Управление двигателем Keep graphics below the text and to the right

Приложения Flight Control Engine Control Precision Machine Control Industrial Control Motion Control Control embedded in product Control used to manufacture product

Разработка управляющих систем на базе моделей Задачи –Повышение гибкости управления –Увеличение производительности и Инструменты –Системы сбора данных –Программы для –Real-time hardware

Control Analysis and Design System ID Управляющие системы на основе моделей Simulation Real-Time Acquire I/O data from plant Identify plant structure and coefficients Analyze open-loop characteristics of plant Select controller structure and coefficients (gain) Analyze closed-loop characteristics of controlled plant Simulate offline controller and linear plant model Simulate offline controller and nonlinear plant model Prototype control algorithm with real-world dynamics System Specification Rapid Prototyping Code Generation System Test (HIL) Calibration & Functional Test Field Test Design & Simulation Software Test

Архитектура управления и разработки Option A. Математическая модель Option B. Идентификация систем K c Controller K p Plant Error Motor Voltage Actual Speed Speed Setpoint

Модель двигателя постоянного тока Laplace transform: Входное нап. Угловая ск. H(s) =

Система идентификации двигателя постоянного тока DC Motor System –Ввод: Управление двигателем (12V, PWM) –Выход: квадратудный энкодер (5V, digital) 500 Counts per Revolution DO DIQuad Encoder Motor Command

Идентификация модели System Identification Toolkit –Симулирование и измерение отклика –Идентификация коэффицентов DIQuad Encoder DO Motor Command LabVIEW Dev Sys LabVIEW System ID Toolkit cRIO Hardware Stimulus Response LabVIEW System ID Toolkit System ID Algorithms SignalsDC Motor Model

Создание контроллера Control Design Toolkit –Разработка и анализ контроллера LabVIEW Dev Sys LabVIEW System ID Toolkit LabVIEW Control Design Toolkit DC Motor Model Controller Model Analyze Closed-Loop System Analyze Plant Design Controller

Симулятор системы Simulation Module –Симуляция систем управления LabVIEW Dev Sys LabVIEW System ID Toolkit LabVIEW Control Design Toolkit LabVIEW Simulation Module DC Motor Model Controller Model Speed Setpoint Actual Speed

Симуляция системы управления двигателем LabVIEW Graphical differencing Full programming environment (logic, etc.) Patented user interface capabilities

Создание прототипа на базе Real-Time Прототип с LabVIEW RT, RT PXI, cRIO, or RT on a Desktop Host PC LabVIEW Simulation Module RT on PXI RT on Desktop LabVIEW Dev Sys RT on CompactRIO

Создание прототипа контроллера Simulation Module and LabVIEW Real-Time –Implement controller on real- time hardware Host PC LabVIEW Simulation Module DC Motor Model Controller Model Speed Setpoint LabVIEW Dev Sys CompactRIO System FPGA AO Update AI Scan Actual Speed LV-RT

Бысрое создание прототипа LabVIEW Tight integration with real-world I/O Seamless transition from simulation to prototyping

LabVIEW Simulation Module Simulation Node Linear Systems – Integrators, Derivatives, Transfer Functions Nonlinear Systems – Friction, Saturation, Dead Zone Discrete Systems – Integrator, Zero-Order Hold, Transfer Function Signal Generation – Chirp, Pulse, Ramp, Sine, etc. Signal Arithmetic – Gain, Summation, Multiplication, etc. Lookup Tables – 1D, 2D, 3D Utilities – Signal Collector, Simulation Parameters, Halt Simulation, etc Graph Utilities –Waveform, XY Graph Traditional LabVIEW VI’s and tools

Создание : LabVIEW Real-Time Control Prototyping Ethernet Communication Signal Connection LabVIEW Development Software LabVIEW Simulation Module LabVIEW Real-Time Module RT System RT Controller FPGA DC Motor