Transcript Слайд 1 - mephi.ru

Моделирование систем
Цифровой Обработки Сигналов
в среде LabVIEW
Круглов Евгений Владимирович, аспирант МИФИ
Решетов Владимир Николаевич, к.ф.-м. н. доцент МИФИ.
Москва 2008
LabVIEW Control Design and Simulation
•
•
•
•
•
•
Введение в разработку управляющих систем
Системы идентификации
Разработка динамических систем
Моделирование
Создание прототипа
Управление двигателем
Приложения
Control used to manufacture
product
Control embedded in
product
Flight Control
Industrial Control
Precision Machine Control
Engine Control
Motion Control
Разработка управляющих систем на
базе моделей
• Задачи
– Повышение гибкости управления
– Увеличение производительности
• Инструменты
– Системы сбора данных
– Программы для
– Real-time hardware
Управляющие системы на основе
моделирования
System
Specification
Field Test
Calibration &
Functional Test
Design &
Simulation
Rapid
Prototyping
Code
Generation
System
Test (HIL)
Software
Test
Управляющие системы на основе моделей
Acquire I/O data from plant
System ID
Identify plant structure and coefficients
Analyze open-loop characteristics of plant
Control
Analysis
and Design
Select controller structure and coefficients (gain)
Analyze closed-loop characteristics of controlled plant
Simulation
Simulate offline controller and linear plant model
Simulate offline controller and nonlinear plant model
Prototype control algorithm with real-world dynamics
Real-Time
Архитектура управления и разработки
Speed
Setpoint
Error
Kc
Controller
Motor
Voltage
Kp
Plant
• Option A. Математическая модель
• Option B. Идентификация систем
Actual
Speed
Модель двигателя постоянного тока
Ri (t )  V (t )  K
d (t )
dt
J
d (t )
 Ki (t )
dt
d (t ) K
K2
J
 V (t ) 
 (t )
dt
R
R
Laplace transform:
JRs(s)  KV (s)  K 2(s)
Угловая ск.
H(s) =
Входное нап.
 ( s)
K

V ( s ) JRs  K 2
Система идентификации двигателя
постоянного тока
• DC Motor System
– Ввод: Управление двигателем
(12V, PWM)
– Выход: квадратудный энкодер
(5V, digital)
• 500 Counts per Revolution
DO
Motor
Command
DI
Quad Encoder
Идентификация модели
• System Identification Toolkit
– Симулирование и измерение
отклика
– Идентификация
коэффициентов
LabVIEW System ID Toolkit
LabVIEW System
ID Toolkit
Stimulus
cRIO
Hardware
Response
Signals
DO
Motor Command
DI
Quad Encoder
System ID
Algorithms
DC Motor
Model
Создание контроллера
• Control Design Toolkit
– Разработка и анализ контроллера
LabVIEW Dev Sys
LabVIEW System
ID Toolkit
LabVIEW Control
Design 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
LabVIEW Simulation Module
Speed
Setpoint
Controller
Model
DC Motor
Model
Actual
Speed
Симуляция системы управления
двигателем
LabVIEW
Graphical differencing
Full programming environment
(logic, etc.)
Patented user interface
capabilities
Создание прототипа на базе Real-Time
Host PC
RT on
Desktop
RT on
CompactRIO
RT on
PXI
LabVIEW
Simulation Module
LabVIEW Dev Sys
• Прототип с LabVIEW RT,
RT PXI, cRIO, or RT on a
Desktop
Создание прототипа контроллера
• Simulation Module and
LabVIEW Real-Time
– Implement controller on
real-time hardware Speed
Setpoint
Host PC
LabVIEW
Simulation Module
LabVIEW Dev Sys
LabVIEW Simulation Module
Controller
Model
Actual
Speed
DC Motor
Model
AI Scan
AO
Update
LV-RT
FPGA
CompactRIO System
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
LabVIEW Development
Software
LabVIEW Simulation
Module
LabVIEW Real-Time
Module
Ethernet
Communication
RT System
RT Controller
FPGA
Signal
Connection
DC Motor