Practica 1 LAbview ITSX

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE XALAPA MANUAL DE PRÁCTICAS

Requerimiento: 7.5.1

CARRERA ING INGENI ENIER A MECA MECATR TR NICA NICA CLAVE DE LA PRACTICA UNIDAD ASIGNATURA NO. PROGRA PROGRAMA MACI CI N AVANZA AVANZADA DA MTG-102 MTG-10233 1 1 NOMBRE DE LA PRACTICA IMPLEM IMPLEMENT ENTAC ACII N EN LabView LabView DE DE UN CONTR CONTROLA OLADOR DOR PID PID

NOMBRE DE LA ASIGNATURA

1 INTRODUCCI N La finalidad de esta práctica es la de implementar un instrumento virtual (IV) que realice el modo de control PID (proporcional-integral-derivativo). Son varios los objetivos a conseguir. Un controlador que satisfaga el modo de control analógico Proporcional-IntegralDerivativo (PID) se caracteriza por una salida del controlador p(t) relacionada con la señal de error ep (t) mediante la expresión

donde Kp no tiene dimensiones, K i se da en s-1 y K D en s. También se utiliza en muchas ocasiones los tiempos integral T I y derivativo T D, los cuales vienen relacionados mediante expresiones inversas de K y K respectivamente

A la hora de implementar mediante software los términos integral y derivativo ha de tenerse en cuenta que dichos términos se han de representar de forma discreta mediante instrucciones del software propio que se utilice. El término integral se aproxima teniendo en cuenta el método numérico trapezoidal de integración (figura 1).

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Revisó: Docente (Par académico)

Autorizó Jefatura Académica (Jefe de carrera)

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE XALAPA Requerimiento: 7.5.1

MANUAL DE PRÁCTICAS

De la figura 1, es posible aproximar el término integral (área sombreada) mediante la función

Por otra parte, la acción derivativa puede aproximarse mediante la regla de la diferencia finita (véase la figura 2).

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El término derivativo se aproxima, por tanto mediante la expresión

Las expresiones (3) y (4) serán consideradas más adelante para implementar mediante LabView los modos integral y derivativo.

2 OBJETIVO Al finalizar esta práctica el estudiante deberá ser capaz de: - Crear sub-instrumentos virtuales (sub-IV) editando el icono y su conector. - Utilizar las estructuras de datos elementales que incorpora LabVIEW. - Implementar un control clásico PID. - Controlar el tiempo de ejecución de las instrucciones.

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3 MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO MATERIAL

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EQUIPO Computadora con software Labview

METODOLOGÍA En este caso se trata de diseñar un IV que realice el clásico algoritmo de control PID (proporcional-integral-derivativo). La práctica consta de 5 ejercicios. Los tres primeros van encaminados al diseño de IV que materialicen por separado los modos proporcional, integral y derivativo. El cuarto de ellos implementará el tiempo que debe transcurrir entre muestra y muestra de las variables involucradas en el controlador PID, y el quinto y último englobará los 4 anteriores bajo el nombre PID. Dichos sub-IV configurarán un solo IV independiente que podrá ser utilizado en cualquier momento para controlar el sistema que se desee. El estudiante aprenderá también a editar el icono de un sub-IV configurando los conectores de entrada y de salida que interesen. Ejercicio 1: Edición de un sub-IV para implementar el modo proporcional. tiempo: 30 m. Edición de un IV que realice la acción proporcional del algoritmo PID. Panel frontal 1. Abrir un instrumento virtual en blanco y crear el panel frontal de la figura 3. Dicho panel está formado por iconos de dos tipos: indicadores y controles. El primero está nombrado mediante la etiqueta “Acción proporcional”. Los segundos se llaman “Error” y “Kp”.

Deberá hacerse uso del botón derecho del ratón para acceder al desplegable general. En la siguiente tabla se especifican las acciones a seguir para cada uno de los iconos. Puesto: Nombre

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Mediante el uso conjunto de las teclas “Ctrl” -“E” será posible cambiar del Panel de

Control al Diagrama de Bloques y viceversa. Obsérvese que este no está vacío, sino por el contrario, aparecen los iconos que se han creado antes en el panel frontal. Con el botón derecho del ratón y situándose en cada uno de los iconos seleccionar para los tres la opción “View as icon”, ello permitirá reducir el tamaño de los iconos por comodidad. Diagrama de bloques 1. El objetivo es crear el siguiente diagrama de bloques (figura 4). Se salvará como un IV que realizará la acción proporcional del algoritmo PID.

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Para ello: a. Seleccionar un bloque de multiplicación localizado en Functions Numeric Multiply. Cablear los elementos de acuerdo a la figura 4. b. A continuación, esta sencilla operación se configurará como un sub-IV editando su icono y definiendo los conectores externos asociados. El aspecto final del nuevo IV deberá ser algo parecido a:

Para ello deberá pincharse 2 veces con el cursor del ratón en el icono superior derecho de la ventana del instrumento virtual (figura adjunta).

Edición del icono: Se abrirá un pequeño editor de gráficos. Se trata de eliminar todo lo que se encuentra dentro del marco, editar un nuevo marco de color azul y únicamente las letras K p , tal y como se muestra en la figura adjunta.

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Definición de conectores: Para ello es necesario cambiar al panel frontal. Ahora con el ratón situado sobre el área del icono y con el botón derecho del ratón realícense las siguientes acciones: “Show Connector”, “Disconnect All Terminals” y después “Patterns”.

Seleccionar el que tenga 2 entradas y 1 salida (véase la figura adjunta). Obsérvese que ahora si se lleva el cursor del ratón al icono aquel cambiará al modo “cableado”. Es el momento de asignar los 3 conectores a los 3 iconos que aparecen en el panel frontal. Para ello ha de pincharse secuencialmente el conector y el icono del panel frontal que se desea asignar a dicho conector. En particular han de realizarse las siguientes asignaciones (figura 5):

c. Salvar este IV bajo el nombre “Proporcional” en el directorio que interese.

. Ejercicio 2: Edición de un sub-IV para implementar el modo integral tiempo: 20 m. Edición de un IV que realice la acción integral del algoritmo PID. Panel frontal 1. Abrir un instrumento virtual en blanco y crear el panel frontal de la figura 6. En este caso se tiene 3 controles numéricos, 1 indicador numérico y un control booleano.

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Deberá hacerse uso del botón derecho del ratón para acceder al desplegable general. En la siguiente tabla se especifican las acciones a seguir para cada uno de los iconos.

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Mediante el uso conjunto de las teclas “Ctrl” - “E” será posible cambiar del Panel de

Control al diagrama de bloques y viceversa. Con el botón derecho del ratón y situándose en cada uno de los iconos que aparecen, seleccionar para cada uno de ellos la opción “View as icon”, ello permitirá reducir el

tamaño de los iconos por comodidad. Diagrama de bloques 1. El objetivo es crear el siguiente el diagrama de bloques (figura 7). Se salvará como un IV que realizará la acción integral del algoritmo PID.

Para ello: a. Seleccionar la estructura repetitiva While Loop localizada en FunctionsStructures While Loop. La estructura While Loop cuando aparece en pantalla presenta un índice de repetición (es el cuadrado azul “i”) y un icono rojo de finalización. El bucle repetitivo While se ejecuta mientras el icono rojo sea evaluado a “Verdadero”. Situarse con el cursor del ratón sobre el icono rojo y realizar las siguientes selecciones pulsando el botón derecho “Continue if True” y “Create Constant”.

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b. Los elementos restantes a implementar deberán introducirse en el interior del bucle. Dichos elementos están ubicados en: FunctionsNumeric Add. FunctionsNumericDivide. FunctionsNumericCompound ArithmeticBotón derechoChange Mode Multiply. FunctionsComparisonSelect. c. Los indicadores que aparecen sobre el bucle a derecha e izquierda son los llamados registros de desplazamiento. Su misión es la de incorporar en la iteración siguiente los valores obtenidos en la iteración anterior. Para que aparezcan, hay que situar el cursor derecho del ratón sobre el borde del bucle y mediante su botón derecho seleccionar “Add Shift Register”.

d. Con todo ello cablear los diferentes elementos según la figura 7 salvando el IV bajo el nombre “Integral”.

e. A continuación, se configurará como un sub-IV editando su icono y definiendo los conectores externos asociados. El aspecto final del nuevo IV deberá ser algo parecido a:


Puesto: Nombre

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Edición del icono: Se abrirá un pequeño editor de gráficos. Se trata de eliminar todo lo que se encuentra dentro del marco, editar un nuevo marco de color rojo y únicamente las letras K l , tal y como se muestra en la figura adjunta. Definición de conectores: Para ello es necesario cambiar al panel frontal. Ahora con el ratón situado en el área del icono y con el botón derecho del ratón realícense las siguientes acciones: “Disconnect All Terminals” y después “Patterns”. Seleccionar el que tenga 4 entradas y 1 salida (véase la figura adjunta). Obsérvese que ahora si se lleva el cursor del ratón al icono aquel cambiará al modo “cableado”. Es el momento de asignar los 5 conectores a los 5 iconos que aparecen en el panel frontal. Para ello ha de pincharse secuencialmente el conector y el icono del panel frontal que se desea asignar a dicho conector. En particular han de realizarse las siguientes asignaciones (figura 8):

f. Salvar este IV bajo el nombre “Integral” en el directorio que interese.

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Ejercicio 3: Edición de un sub-IV para implementar el modo derivativo tiempo: 15 m. Edición de un IV que realice la acción derivativa del algoritmo PID. Panel frontal 1. Abrir un instrumento virtual en blanco y crear el panel frontal de la figura 9. En este caso se tiene 3 controles numéricos, 1 indicador numérico y un control booleano.

Deberá hacerse uso del botón derecho del ratón para acceder al desplegable general. En la siguiente tabla se especifican las acciones a seguir para cada uno de los iconos.

Puesto: Nombre

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Mediante el uso conjunto de las teclas “Ctrl” - “E” será posible cambiar del Panel de Control al diagrama de bloques y viceversa. Con el botón derecho del ratón y situándose en cada uno de los iconos que aparecen, seleccionar para cada uno de ellos la opción “View as icon”, ello permitirá reducir el

tamaño de los iconos por comodidad. Diagrama de bloques 1. El objetivo es crear el siguiente el diagrama de bloques (figura 10). Se salvará como un IV que realizará la acción derivativa del algoritmo PID.

Puesto: Nombre

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Para ello: a. Seleccionar la estructura repetitiva While Loop localizada en FunctionsStructures While Loop. La estructura While Loop cuando aparece en pantalla presenta un índice de repetición (es el cuadrado azul “i”) y un icono rojo de finalización. El bucle repetitivo While se ejecuta mientras el icono rojo sea evaluado a “Verdadero”. Situarse con el cursor del ratón sobre el icono rojo y realizar las siguientes selecciones pulsando el botón derecho “Continue if True” y “Create Constant”.

b. Los elementos restantes a implementar deberán introducirse en el interior del bucle. Dichos elementos están ubicados en: FunctionsNumericSubstract. FunctionsNumericDivide. FunctionsNumericMultiply. FunctionsComparisonLess?. Puesto: Nombre

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FunctionsComparisonSelect. c. Implementar así mismo los registros de desplazamiento que aparecen sobre el bucle de iteración. Para que aparezcan, hay que situar el cursor derecho del ratón sobre el borde del bucle y mediante su botón derecho seleccionar “Add Shift Register”.

d. Con todo ello cablear los diferentes elementos según la figura 10 salvando el IV bajo el nombre “Derivativa”.



Edición del icono: Se abrirá un pequeño editor de gráficos. Se trata de eliminar todo lo que se encuentra dentro del marco, editar un nuevo marco de color verde y únicamente las letras Kd, tal y como se muestra en la figura adjunta. Definición de conectores: Para ello es necesario cambiar al panel frontal. Ahora con el ratón situado en el área del icono y con el botón derecho del ratón realícense las siguientes acciones: “Disconnect All Terminals” y después “Patterns”. Seleccionar el que tenga 3 entradas y

1 salida (véase la figura adjunta). Obsérvese que ahora si se lleva el cursor del ratón al Puesto: Nombre

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icono aquel cambiará al modo “cableado”. Es el momento de asignar los 4 conectores a

los 4 iconos que aparecen en el panel frontal. Para ello ha de pincharse secuencialmente el conector y el icono del panel frontal que se desea asignar a dicho conector. En particular han de realizarse las siguientes asignaciones (figura 11):

f. Salvar este IV bajo el nombre “Derivativa” en el directorio que interese.

Ejercicio 4: Edición de un sub-IV que implemente el tiempo entre muestras 15 m. Edición de un IV que implemente el tiempo entre muestras Panel frontal 1. Abrir un instrumento virtual en blanco y crear el panel frontal de la figura 12. En este caso sólo se tiene 1un indicador numérico.

Deberá hacerse uso del botón derecho del ratón para acceder al desplegable general. En la siguiente tabla se especifican las acciones a seguir para este icono.

Puesto: Nombre

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Control al diagrama de bloques y viceversa. Con el botón derecho del ratón y situándose en cada uno de los iconos que aparecen, seleccionar para cada uno de ellos la opción “View as icon”, ello permitirá reducir el

tamaño de los iconos por comodidad. Diagrama de bloques 1. El objetivo es crear el siguiente el diagrama de bloques (figura 13). Se salvará como un IV que determinará el espaciado temporal entre muestras.

Para ello: a. Seleccionar la estructura repetitiva While Loop localizada en FunctionsStructures While Loop. La estructura While Loop cuando aparece en pantalla presenta un índice de repetición (es el cuadrado azul “i”) y un icono rojo de finalización. El bucle repetitivo While se ejecuta Puesto: Nombre

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mientras el icono rojo sea evaluado a “Verdadero”. Situarse con el cursor del ratón sobre el icono rojo y realizar las siguientes selecciones pulsando el botón derecho “Continue if True” y “Create Constant”.

b. Los elementos restantes a implementar deberán introducirse en el interior del bucle. Dichos elementos están ubicados en: FunctionsNumericSubstract. FunctionsNumericDivide. FunctionsNumericMultiply. FunctionsComparisonLess?. FunctionsComparisonSelect. FunctionsTimingTick Count (ms). c. Implementar así mismo el registro de desplazamiento que aparece sobre el bucle de iteración. Para que aparezca, hay que situar el cursor derecho del ratón sobre el borde del bucle y mediante su botón derecho seleccionar “Add Shift Register”.

d. Con todo ello cablear los diferentes elementos según la figura 13 salvando el IV bajo el nombre “Tiempo”.


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Edición del icono: Se abrirá un pequeño editor de gráficos. Se trata de eliminar todo lo que se encuentra dentro del marco, editar un nuevo marco de color negro y únicamente las letras ∆T, tal y como se muestra en la figura adjunta.

Definición de conectores: Para ello es necesario cambiar al panel frontal. Ahora con el ratón situado en el área del icono y con el botón derecho del ratón realícense las siguientes acciones: “Disconnect All Terminals” y después “Patterns”. Seleccionar el que tenga 1 salida (véase la figura adjunta). Obsérvese que ahora si se lleva el cursor del ratón al icono aquel cambiará al modo “cableado”. Es el momento de asignar 1 conector a l icono que aparece en el panel frontal. Para ello ha de pincharse secuencialmente el conector y el icono del panel frontal que se desea asignar a dicho conector. En particular han de realizarse las siguientes asignaciones (figura 14):

f. Salvar este IV bajo el nombre “Tiempo” en el directorio que interese.

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Ejercicio 5: Edición de un sub-IV para implementar el modo PID tiempo: 15 m. Edición de un IV que implemente el modo completo PID Panel frontal 1. Abrir un instrumento virtual en blanco y crear el panel frontal de la figura 15. Dicho panel está formado por iconos de tres tipos: indicadores, controles y “waveform chart”.

Deberá hacerse uso del botón derecho del ratón para acceder al desplegable general. En la siguiente tabla se especifican las acciones a seguir para este icono.

Puesto: Nombre

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Control al diagrama de bloques y viceversa. Con el botón derecho del ratón y situándose en cada uno de los iconos que aparecen, Puesto: Nombre

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seleccionar para cada uno de ellos la opción “View as icon”, ello permitirá reducir el

tamaño de los iconos por comodidad. Diagrama de bloques 1. El objetivo es crear el siguiente el diagrama de bloques (figura 16). Se salvará como un IV que determinará el espaciado temporal entre muestras.

Para ello: a. Seleccionar la estructura repetitiva While Loop localizada en FunctionsStructures While Loop. La estructura While Loop cuando aparece en pantalla presenta un índice de repetición (es el cuadrado azu l “i”) y un icono rojo de finalización. El bucle repetitivo While se ejecuta mientras el icono rojo sea evaluado a “Verdadero”. Situarse con el cursor del ratón sobre el icono rojo y realizar las siguientes selecciones pulsando el botón derecho “Continue if True” y “Create Constant”.

Puesto: Nombre

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b. Los elementos restantes a implementar deberán introducirse en el interior del bucle. Dichos elementos están ubicados en: FunctionsNumericSubstract. FunctionsNumericCompound Arithmetic. FunctionsComparisonIn Range and Coerce. FunctionsSelect a VIBuscar la carpeta donde esté guardado el IV Proporcional. FunctionsSelect a VIBuscar la carpeta donde esté guardado el IV Integral. FunctionsSelect a VIBuscar la carpeta donde esté guardado el IV Derivativa. FunctionsSelect a VIBuscar la carpeta donde esté guardado el IV Tiempo. c. Implementar así mismo el registro de desplazamiento que aparece sobre el bucle de iteración. Para que aparezca, hay que situar el cursor derecho del ratón sobre el borde del bucle y mediante su botón derecho seleccionar “Add Shift Register”.

d. Con todo ello cablear los diferentes elementos según la figura 16 salvando el IV bajo el nombre “PID básico”.


Para ello deberá pincharse 2 veces con el cursor del ratón en el icono superior derecho de la ventana del instrumento virtual (figura adjunta). Puesto: Nombre

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Edición del icono: Se abrirá un pequeño editor de gráficos. Se trata de eliminar todo lo que se encuentra dentro del marco, editar un nuevo marco de color negro y únicamente las letras PID, tal y como se muestra en la figura adjunta. Definición de conectores: Para ello es necesario cambiar al panel frontal. Ahora con el ratón situado en el área del icono y con el botón derecho del ratón realícense las siguientes acciones: “Disconnect All Terminals” y después “Patterns”. Seleccionar el que tenga 6 entradas y

1 salida (véase la figura adjunta). Obsérvese que ahora si se lleva el cursor del ratón al icono aquel cambiará al modo “cableado”. Es el momento de asignar un conector a

cada icono que aparece en el panel frontal. Para ello ha de pincharse secuencialmente el conector y el icono del panel frontal que se desea asignar a dicho conector. En particular han de realizarse las siguientes asignaciones (figura 17):

g. Salvar este IV bajo el nombre “PID básico” en el directorio que interese.

RESULTADOS

5

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6

ANEXOS

7

CONCLUSIONES


8 BIBLIOGRAFIA [1] Bishop, R. H.: “LabVIEW 8 Student Edition, 1/e”, National Instruments, Inc. & Bishop ©2007. Prentice Hall, ISBN-13: 9780131999183. [2] Olsson, G., Newell, B.: “Wastewater Treatment Systems”, International Water

Association (IWA-Publishing), London, 2001.

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