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NI Academic Days 2012
Enseñanza Práctica de Control con LabVIEW y Matlab
Esteban Rivel H. Application Engineer National Instruments Costa Rica
MATLAB® is a registered trademark of The MathWorks, Inc. All other
Retos en la Enseñanza de Control • Modelado y diseño – – – –
Proceso iterativo Modelos y diseño de espacio son complejos Prototipos no disponibles al inicio del proceso Sintonización del modelo requerida basada en datos empíricos
• Prototipaje de control rápido y HIL – Las plataformas de hardware son típicamente de alto costo e inflexibles – Se requiere desarrollo significativo para cambiar de la simulación fuera de línea a implementación en tiempo real
¿Dónde se puede utilizar LabVIEW? • Simulación del comportamiento de un actuador/carga básicos • Análisis del diseño de control • Identificación de modelos y parámetros • Programación de algoritmos de control • Experimentación con comportamiento controlado del sistema
Plataforma para Control de NI LabVIEW Development Environment
Control Design and Simulation Module
System ID Toolkit
StateChart Module
PID and Fuzzy Logic Toolkit
Simulation Interface Toolkit
NI Motion Control
LabVIEW Real-Time
LabVIEW FPGA
LV Microprocessor SDK
Targets
PXI
cRIO
sBRIO
32-Bit p
LabVIEW System Identification Toolkit •
Identifique modelos de sistemas dinámicos directamente desde señales de mundo real de estímulo y respuesta
•
Integre adquisición de datos perfectamente para identificación de sistemas basados en tiempo y frecuencia
•
Integre con otros módulos LabVIEW para construir algoritmos de control adaptativo
•
Algoritmos paramétricos, polinominales, basados en frecuencia y grey box
LabVIEW Control Design and Simulation Module
• • • • • •
Análisis y diseño de control interactivo Sistemas lineales y no lineales Respuesta en tiempo y frecuencia Características dinámicas Root Locus, PID, lead/lag ... Estado-espacio - LQR, LQG, polos, filtro Kalman ...
• • • •
Uso de scripts .m con el nodo Mathscript Asistentes para diseño de control Convertidor de modelos Simulink Implementación en Tiempo Real para HIL o prototipaje rápido
http://www.ni.com/mydaq
Demo 1: Simulación de Modelos en LabVIEW
Toolkit de PID y Lógica Difusa •
Integre algoritmos de control P, PI, PD y PID en sus aplicaciones de LabVIEW
•
Use el Diseñador del Sistema Difuso y VIs de Lógica Difusa para diseñar Windows/Real Time y controlar sistemas difusos
•
Automatice las ganancias para mejorar el rendimiento del control
•
Aproveche las características avanzadas incluyendo como ajuste de ganancia y anti windup integral
FPGA
Bloques de Función
Control y Simulación
Demo 2: Diseño PID y Lógica Difusa
Simulation Interface Toolkit •
Conecte una interfaz de usuario de LabVIEW con su modelo de simulación ejecutado en Simulink
•
Utilice LabVIEW para interactuar con sus modelos desarrollados usando el software Simulink
•
Conecte su modelo a E/S en tiempo real para generación de prototipos, despliegue y simulación HIL
•
Añada fácilmente adquisición de datos, E/S CAN y FPGA a través de un diálogo basado en configuración
LabVIEW MathScript • Programación textual poderosa para procesamiento, análisis y matemáticas – Más de 650 funciones incluidas – Reutilice los scripts de archivos m creados en el software MathWorks, Inc. MATLAB® y otros – Parcialmente basado en las matemáticas originales de NI MATRIXx
• Una solución nativa de LabVIEW – Interfaces interactivas y programáticas – No requiere software de terceros
MATLAB® is a registered trademark of The MathWorks, Inc. All other trademarks are the property of their respective owners.
Ventana Interactiva de Mathscript Totalmente Integrada en LabVIEW – Acceso desde menú de LabVIEW (Tools» MathScript Window…)
Interfaz de Línea de Comando – – – –
Abra y ejecute sus archivos .m Introduzca comandos o scripts Vea respuesta inmediata Vea • • • •
Salida de texto Historial de comandos Variables Gráficas
Nodo MathScript • • • •
Combine matemática textual con desarrollo gráfico Implemente ecuaciones y algoritmos con texto Defina variables de entrada y salida en el borde Depure archivos .m con paso simple, breakpoints, y sintaxis resaltada Nodo MathScript
Módulo LabVIEW MathScript RT
Despliegue Archivos .m Personalizados a Plataformas de NI en Tiempo Real
Curva de Aprendizaje Poca o Nula para Clientes Familiares con la Sintaxis del Lenguaje MathWorks Inc. MATLAB® Sintaxis de LabVIEW MathScript
Sintaxis de MATLAB ®
Demo 3: Diseño de Control con Mathscript
¿Cómo Enseñar Control con LabVIEW? 1.
Modelado – Identificar una representación matemática de la planta Planta ( Motor ) V m
K m J eq Rm s + K m
! 2
V m ! Voltaje Entrada m
" m ! Velocidad Angular
!"#$% '()*+,- "%(.-%/ 0%( 1,234'56 2.
Diseño de Control – Elija un método de control y diseñe un controlador
!"#$% '()*+,- "%(.-%/ 0%( 1,234'56 3.
Simulación – Emplee un enfoque punto a punto para simular la temporización del sistema con el solucionador
+ _
PID
K m J eq Rm s + K m
1 2
s
!"#$% '()*+,- "%(.-%/ 0%( 1,234'56 4.
Sintonización y Verificación – Introduzca no
linearidades del mundo real, sintonización y verifique algoritmos de control Sintonice diseños de control PID utilizando respuesta al escalón • Empiece con ganancias en: Kc = 1, Ki = 0, y Kd = 0 • Incremente la ganancia proporcional (Kc) para obtener el tiempo de levantamiento deseado • Disminuya la ganancia derivativa (Kd) para reducir el sobretiro y el tiempo de establecimiento • Incremente la ganancia integral (Ki) para reducir el error en estado estacionario
!"#$% '()*+,- "%(.-%/ 0%( 1,234'56 5.
Despliegue – Implemente el sistema de control finalizado
+ _
PID
1 s
Tutoriales
http://www.ni.com/courseware/
Intelligent Control Systems with LabVIEW © 2009 Springer por Pedro Ponce Cruz y Fernando Ramirez Figueroa
Incluye Ejercicios en LabVIEW de Control Inteligente: • Lógica Difusa, procesos de razonamiento humano • Redes Neuronales, emulación de aprendizaje Ejercicios Usando
• Métodos Evolutivos, Métodos Predictivos y Más Incluye software de Control Inteligente para LabVIEW diseñado por los autores
¿PREGUNTAS?
Esteban Rivel H. Application Engineer National Instruments Costa Rica
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