Simulación y Diseño de Control con LabVIEW
Gustavo Valdés Ingeniero de Marketing, National Instruments
Retos en la Industria • Modelado y diseño
Proceso iterativo
Modelos y diseño de espacio son complejos
Prototipos no disponibles al inicio del proceso
Sintonización del modelo re uerida 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
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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, cFP
RIO/DAQ Devices
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32-Bit µp
Diseño de Sistemas Gráficos
Diseño
Prototipo
Implementación Hardware para Implementación
Diseño de Algoritmos Interactivo
Fuerte integración de E/S
• Diseño de control
• Controladores y módulos de E/S• Plataformas de desarrollo robusta • Distribuidas en red • Hardware FPGA comercial
• Simulación de sistemas dinámicos • Diseño de filtros digitales • Matemáticas avanzadas
• Integración de código VHDL y C • Interfaces hombre-máquina • Herramientas de validación de • Diseños personalizados diseño
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LabVIEW System Identification Toolkit • • • • • • • •
Identifique y valide modelos lineales de sistemas desde datos empíricos Integración con E/S de NI Estimación paramétrica de modelos (tanto SISO como MIMO) Estimación no paramétrica de modelos Estimación recursiva de modelos Conversión, validación y presentación de modelos Identificación de sistemas en Lazo Cerrado con detección de retroalimentación Identificación de sistemas con conocimiento parcial de “caja gris”
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System Identification Toolkit Demo
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LabVIEW Control Design and Simulation Module • Cree fácilmente VIs para análisis y diseño de control interactivo • Construcción, conversión y reducción de modelos • Respuesta en tiempo y frecuencia • Características dinámicas • Diseño de control clásico - root locus, PID, lead/lag ... • Estimación y control de estadoespacio State-space - LQR, LQG, posicionamiento de polos, filtro Kalman ... 8
LabVIEW Control Design Demo
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Diseño de Control– Implementación en VIs • La implementación en VIs permite el prototipaje y despliegue de control en LabVIEW Real-Time • Los VIs de implementación del Control Design Toolkit incluyen:
Funciones de transferencia discretas, ganancia polos-ceros, y modelos estado espacio Controlador de retroalimentación de estado Filtro Kalman discreto
• Puede ser usado en:
LabVIEW Real-Time (incluyendo ciclos temporizados) Proyectos para sistemas embebidos en LabVIEW 10
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 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. 11
Control Design MathScript Plug-In • Use un nodo de MathScript para combinar sus archivos m existentes con una interfaz de usuario flexible de LabVIEW • Utilice el ambiente interactivo para diseño y análisis • Integre controles que trabajen en conjunto con las funciones de matemáticas y procesamiento de señales en MathScript o VIs y toolkits nativos de LabVIEW
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Curva de Aprendizaje Poca o Nula para Clientes Familiares con la Sintaxis del Lenguaje MathWorks Inc. MATLAB ® Sintaxis de LabVIEW MathScript
Sintaxis de MATLAB ®
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Control Design and MathScript Demo
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Ciclo de Simulación de LabVIEW •
Simule sistemas dinámicos incluyendo controladores y plantas
•
Implementación en Tiempo Real para prototipaje rápido de control o simulación d hardware en el ciclo
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Características de Simulación de LabVIEW • Sistemas lineales – en tiempo continuo o discreto • Bloques de sistemas no lineales y tablas de chequeo • Pasos fijos, pasos variables, y solucionador rígido • Ajuste y linearización • Modelo jerárquico • Integración con nodos de fórmula y nodos de MathScript (mediante subVI) • Integración con control de imágenes en 3D para visualización del sistema
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Beneficios de Simulación y Diseño de Control con LabVIEW • Complete la simulación con capacidades de implementación en Tiempo Real – use un sólo ambiente desde el diseño, las pruebas y la implementación • Use interfaz de usuario de LabVIEW para cambiar y observar los parámetros mientras la simulación o el sistema de control se está • Use cualquier VI de LabVIEW o estructura de programación dentro o fuera de los ciclos de simulación:
Simulación y diseño integradas, simulación por lotes
DAQ, RIO, visión, o CAN para E/S y retroalimentación
• Cree fácilmente ciclos de control o simulación de manera paralela y a diferentes frecuencias 17
Curva de Aprendizaje Corta o Nula para Usuarios del Software MathWorks, Inc. Simulink ® • Módulo de Simulación de LabVIEW
• Ambiente del Software Simulink
Simulink® is a registered trademark of The MathWorks, Inc. All other trademarks are the property of their respective owners.
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LabVIEW es el original… Curva de Aprendizaje Corta o Nula para Usuarios del Software MathWorks, Inc. Simulink ® Módulo de Simulación de LabVIEW
Ambiente del Software Simulink
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Conversión de Modelo de Simulación
Convierta su planta y desarrolle modelos de controlador en el ambiente MathWorks, Inc. Simulink® en código de Módulo de Simulación de LabVIEW
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LabVIEW Simulation Demo
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Dr. Pedro Ponce ITESM-CCM
Modelo y Simulación para Hápticos y Telerobótica •
Profesor Wayne Book, Georgia Institute of Technology
•
LabVIEW Simulation Module, MathScript, System Identification Toolkit
•
Simulación no lineal usada para evaluar aproximaciones de control para sistemas de telerobótica combinando maestros pasivos/esclavos activos
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Control de Centrado de Rodamientos para Timken •
Profesor Tom Kurfess, Clemson University, Intl Ctr for Automotive Research
•
LabVIEW Simulation Module, Control Design Toolkit, System Identification Toolkit, LabVIEW Real-Time and FPGA, NI Motion
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Transportador Objeto Humano RPI • Profesor Kevin Craig, Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) • LabVIEW Simulation Module, CompactRIO, LabVIEW RealTime, LabVIEW PDA • Equipo de estudiantes completó el proyecto en 4 meses!!
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Recursos
•Control
and Simulation Module •http://sine.ni.com/psp/app/doc/p/id/psp-648/lang/es •CompactRIO •http://www.ni.com/compactrio/esa/ •PXI •http://www.ni.com/pxi •LabVIEW FPGA •http://www.ni.com/fpga •LabVIEW
Real-Time •http://www.ni.com/realtime
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Agenda
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