ni.com

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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 trademarks are the property of their respective owners.

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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

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¿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

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Plataforma para Control de NI LabVIEW Development Environment

Control Design and Simulation Module System ID Toolkit StateChart Module

LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA

cRIO PXI sBRIO

Targets

PID and Fuzzy Logic Toolkit Simulation Interface Toolkit NI Motion Control

LV Microprocessor SDK

32-Bit µp

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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

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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

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Demo 1: Simulación de Modelos en LabVIEW

http://www.ni.com/mydaq

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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 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

Windows/Real Time

FPGA

Bloques de Función

Control y Simulación

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Demo 2: Diseño PID y Lógica Difusa

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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

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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.

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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

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Nodo MathScript

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

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Módulo LabVIEW MathScript RT

Despliegue Archivos .m Personalizados a Plataformas de NI en Tiempo Real

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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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Demo 3: Diseño de Control con Mathscript

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¿Cómo Enseñar Control con LabVIEW?

1. Modelado – Identificar una representación matemática de la planta

2mmeq

m

KsRJK+

mV mΩ

)(MotorPlanta

Angular VelocidadEntrada Voltaje

−Ω

−

m

mV

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2. Diseño de Control– Elija un método de control y diseñe un controlador

¿Cómo  Enseñar  Control  con  LabVIEW?  

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3. Simulación – Emplee un enfoque punto a punto para simular la temporización del sistema con el solucionador

2mmeq

m

KsRJK+ s

1

+ _ PID

¿Cómo  Enseñar  Control  con  LabVIEW?  

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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

¿Cómo  Enseñar  Control  con  LabVIEW?  

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5. Despliegue – Implemente el sistema de control finalizado

s1+ _ PID

¿Cómo  Enseñar  Control  con  LabVIEW?  

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Tutoriales http://www.ni.com/courseware/

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Intelligent Control Systems with LabVIEW

Incluye Ejercicios en LabVIEW de Control Inteligente:

•  Lógica Difusa, procesos de razonamiento humano

•  Redes Neuronales, emulación de aprendizaje

•  Métodos Evolutivos, Métodos Predictivos y Más

Incluye software de Control Inteligente para LabVIEW diseñado por los autores

Ejercicios Usando

© 2009 Springer por Pedro Ponce Cruz y Fernando Ramirez Figueroa

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¿PREGUNTAS?

Esteban Rivel H. Application Engineer

National Instruments Costa Rica

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