Ολοκληρωμένος Βιομηχανικός Έλεγχος Ενότητα 4: Εγχειρίδιο για την εκμάθηση του Labview

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ολοκληρωμένος Βιομηχανικός Έλεγχος Ενότητα 4: Εγχειρίδιο για την εκμάθηση του Labview Αναστασία Βελώνη Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Συστημάτων

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοπός Ενότητας Την τελευταία δεκαετία, σημειώθηκε ζωηρό ενδιαφέρον για χρήση λογισμικού προσομοίωσης, που είναι ευκολότερο στη χρήση, το οποίο σε μεγάλο βαθμό σημαίνει τη μείωση του προγραμματισμού που απαιτείται για την κατασκευή ενός βιομηχανικού μοντέλου. Το γεγονός αυτό οδήγησε στην προσομοίωση προσανατολισμένη στην κατασκευή, που υλοποιείται με διάφορα πακέτα προσομοίωσης σχεδιασμένα να μοντελοποιούν ένα σύστημα παραγωγής σε μια συγκεκριμένη κατηγορία συστημάτων. Θα αναλυθούν τα λογισμικά Proengineer και Solidworks. 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Τι είναι το Labview Τι είναι Vis Front Panel Labview Control Design Tool 5

6 Τι είναι το Labview Το Labview (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) είναι μία δυνατή γλώσσα προγραμματισμού μετρήσεων, ελέγχου και ανάλυσης για υπολογιστές. Με αυτή την γραφική γλώσσα προγραμματισμού που καλείται G, ο χρήστης μπορεί να προγραμματίσει με διαγραμματικά μπλοκ (block diagram). Αφού δημιουργηθούν τα διαγράμματα, το Labview τα μεταφράζει σε κώδικα μηχανής. 6

7 Τι είναι VIs Καλούμε Εικονόγρανο (Virtual Instrument ή VI οποιοδήποτε πρόγραμμα έχει γραφεί στη γλώσσα Labview. Κάθε VI αποτελείται από : 1.Το μιμικό παράθυρο ή παράθυρο γραφικών (Front Panel) 2.Το τμήμα του διαγράμματος (Block Diagram) 3.Το παράθυρο του Κονέκτορα και της Εικόνας (Icon/Connector) 7

8 Τι είναι VIs Icon/Connec tor Front panel Block diagram 8

9 Front Panel Το front panel αποτελεί το τμήμα εκείνο όπου ο χρήστης αναγνωρίζει τις εισόδους και εξόδους του προγράμματος του. Το front panel ενός VI προσομοιώνει την εικόνα ενός φυσικού οργάνου και είναι αυτό που μας συνδέει με τον κώδικα του VI. Το front panel διαθέτει διακόπτες,ποτενσιόμετρα (είσοδοι του προγράμματος), γραφήματα και δείκτες (έξοδοι του προγράμματος) και πολλά άλλα εξαρτήματα ελέγχου. Δίνοντας δεδομένα με το ποντίκι ή το πληκτρολόγιο τα αποτελέσματα προκύπτουν από το πρόγραμμα μας στην οθόνη σε μορφή γραφημάτων, αρχείων, χαρακτήρων και αριθμών. Με κάθε front panel εμφανίζεται και ένα block diagram το οποίο είναι ο κώδικας του VI. 9

10 Front Panel Όταν διαλέξουμε την επιλογή New VI από το μενού επιλογών, ανοίγει ένα νέο παράθυρο γκρί χρώματος,το οποίο είναι το front panel του νέου μας VI To front panel διαθέτει ποικίλους τύπους αντικειμένων, καθένα από τα οποία αντιστοιχεί σε ένα στοιχείο (terminal) στο block diagram 10

11 Block diagram Το άλλο παράθυρο που ανοίγει, μαζί με το front panel όταν επιλέξουμε την εντολή New VI, είναι το παράθυρο που θα περιέχει το block diagram και έχει λευκό χρώμα. Εκτός από διάφορα τερματικά στοιχεία στο block diagram, μπορούμε να προγραμματίσουμε και διάφορες σταθερές, ρουτίνες, αλγόριθμους, subvis και καλώδια τα οποία θα μεταφέρουν τα δεδομένα από τον ένα κόμβο στον άλλο, δίνοντας πληροφορίες για τη διαγραμματική ροή του προγράμματος μας 11

12 Εργαλεία του Front Panel Το front panel διαθέτει εργαλεία με τα οποία μπορούμε να ελέγξουμε τη λειτουργία των VIs. Η εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζει τα εργαλεία που βρίσκουμε στην κορυφή του front panel Πλήκτρο Εκκίνησης Λειτουργίας(Run). Με το συγκεκριμένο πλήκτρο ξεκινάμε την λειτουργία του VI. Όταν το VI εκτελείται, το πλήκτρο αλλάζει σε Εάν το VI είναι ο κύριος VI ή Εάν πρόκειται για έναν subvi το οποίο καλείται από κάποιο VI σε ανώτερο επίπεδο. Πλήκτρο Τερματισμού. Με την εκτέλεσει του VI, εμφανίζεται το συγκεκριμένο πλήκτρο. Πατώντας το μπορούμε να τερματίσουμε το πρόγραμμα αμέσως 12

13 Πλήκτρο Σπασμένης Λειτουργίας (Broken-Run) Εμφανίζεται όταν το VI έχει παρουσιάσει κάποιο σφάλμα στο διάγραμμα και δεν μπορεί να συνεχίσει την λειτουργία του Πλήκτρο Συνεχούς Λειτουργίας (Continuous Run). Πατώντας το, το VI εκτελείται συνεχώς. Πλήκτρο Προσωρινής Διακοπής (Pause). Πατώντας το, επαναφέρουμε το VI στην κανονική του λειτουργία. Πλήκτρο γραμματοσειράς. Με το συγκεκριμένο πλήκτρο έχουμε την δυνατότητα να επιλέξουμε τον τύπο, το μέγεθος, το στυλ αλλά και το χρώμα της γραμματοσειράς που επιθυμούμε να χρησιμοποιήσουμε. Πλήκτρο ευθυγράμμισης. Με αυτό το πλήκτρο μπορούμε να επιλέξουμε την μέθοδο ισοστοίχισης των αντικειμένων, δηλαδή κάθετα, οριζόντια,κ.ο.κ. Πλήκτρο ισοστοίχιση αντικειμένων. Πλήκτρο τοποθέτησης αντικειμένων σε επίπεδα χώρου. Επιλέγουμε αυτό το πλήκτρο όταν αντικείμενα επικαλύπτουν το ένα το άλλο και θέλουμε να ορίσουμε ποίο θα είναι μπροστά ή πάνω από το άλλο. 13

14 Εργαλεία του Block Diagram Εδώ θα αναλύσουμε την λειτουργία των εργαλείων που βρίσκονται στο block diagram Πλήκτρο Αργής Κίνησης (Execution Highlighting). Μπορούμε να δούμε τη ροή των δεδομένων μεταξύ των κόμβων, σε αργή κίνηση, δίνοντας μας έτσι την δυνατότητα να διαγνώσουμε λάθη στον προγραμματισμό του διαγράμματος. Πλήκτρο εκτροπής (Single Step/Step Over). Τρέχουμε το πρόγραμμα από κόμβο σε κόμβο. Φτάνοντας σε έναν κόμβο μπορούμε να αποφύγουμε να τον τρέξουμε, για να κερδίσουμε χρόνο πατώντας το πλήκτρο υπέρβασης (Step over) Πλήκτρο Βήματος Μετάβασης (Step Intro). Mας δίνει την δυνατότητα να εισχωρήσουμε στον κόμβο και να παρακολουθήσουμε την λειτουργία του. 14

15 Μενού Pop-Up Σχεδόν όλα τα αντικείμενα που χρησιμοποιούμε για την κατασκευή ενός VI έχουν Pop- Up μενού. Τα Pop-Up μενού εμφανίζονται όταν ο κέρσορας βρίσκεται πάνω από το αντίστοιχο αντικείμενο ή παράθυρο και πατήσουμε το δεξί πλήκτρο του ποντικιού, όπως φαίνεται και στις εικόνες που ακολουθούν 15

16 Μενού Pull- Down Στο πάνω μέρος του παραθύρου VI είναι διαθέσιμα τα μενού Pull-Down. Μόλις επιλέξουμε ένα μενού από την μπάρα επιλογής, εμφανίζεται μια λίστα από εντολές. 16

17 Παλέτα εργαλείων (Tools) Automatic Tool Selection: Δίνει την δυνατότητα της αυτόματης εναλλαγής εργαλείων κατά το σχεδιασμό. Operating: Με αυτό το κουμπί μπορούμε να αλλάζουμε τιμές στα στοιχεία controls και indicators. Positioning: Επιλέγει, μετακινεί και αλλάζει το μέγεθος των αντικειμένων Wiring: Συνδεέι τα αντικείμενα στο block diagram. 17

18 Παλέτα Αντικειμένων (Controls) Παλέτα Numeric. Διαθέτει controls και indicators για αριθμητικά δεδομένα. Παλέτα Boolean. Διαθέτει controls και indicators για λογικά / ψηφιακά δεδομένα. Παλέτα String & Path. Διαθέτει controls και indicators για κείμενο υπό μορφή ASCII. Παλέτα Graph. Διαθέτη indicators για γραφική απεικόνιση δεδομένων. 18

19 Παλέτα Λειτουργιών (Functions) Παλέτα Structures. Διαθέτει προγραμματιστικές δομές, όπως While & For Loops. Παλέτα Array. Με αυτή την παλέτα μπορούμε να επεξεργαστούμε πίνακες. Παλέτα Numeric Διαθέτει λειτουργίες αριθμητικές, λογαριθμικές, τριγωνομετρικές. 19

20 Δομές Οι δομές (structures) χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση ροής σε ένα VI. Συγκεκριμένα όταν θέλουμε να επαναληφθεί μια λειτουργία, μέχρις ότου μια συνθήκη χαρακτηριστεί αληθής, ή για έναν προκαθορισμένο αριθμό επαναλήψεων εντολών. Οι δομές τις οποίες συναντάμε στο LabVIEW είναι οι εξής: While Loop For Loop Case Sequence Event Structure 20

21 Δομή While Loop Τοποθετούμε την While στο block diagram επιλέγοντάς την από την υποπαλέττα Structures. Η While Loop έχει δύο ακροδέκτες: τον ακροδέκτη απαρίθμησης (iteration terminal i) ο οποίος μετράει της επαναλήψεις και τον υπο συνθήκη ακροδέκτη (conditional terminal) ο οποίος αποτελεί την είσοδο της δομής. Η While Loop εκτελεί τον κώδικα που βρίσκεται στα όρια του και κάθε φορά που ολοκληρώνεται μία εκτέλεση το LabVIEW ελέγχει την τιμή στον υπο συνθήκη ακροδέκτη. Εάν η τιμή στον υπο συνθήκη ακροδέκτη είναι αληθής (true), η διαδικασία επαναλαμβάνεται έως ότου η τιμή αλλάξει σε ψευδής (false), τότε σταματάει η επανάληψη. ακροδέκτη απαρίθμησης υπο συνθήκη ακροδέκτης 21

22 Δομή For Loop Τοποθετούμε την For στο block diagram επιλέγοντάς την από την υποπαλέττα Structures. Η διαφορά της For με την While είναι ότι η For πραγματοποιεί όσες επαναλήψεις έχουμε ορίσει εμείς, ενώ η While επαναλαμβάνει την εκτέλεση έως ότου μία συνθήκη γίνειψευδής. Η δομή For έχει δύο ακροδέκτες, τον συντελεστή επανάληψης (Count Terminal) N με τον οποίο ορίζουμε πόσες φορές θα επαναληφθεί η εκτέλεση και τον απαριθμητή (iterational terminal) I ο οποίος περιέχει τον αριθμό επαναλήψεων που έχουν γίνει. συντελεστής επανάληψης απαριθμητής 22

23 Η Δομή Case Τοποθετούμε την Case στο block diagram επιλέγοντάς την από την υποπαλέττα Structures. Με την Case εκτελούμε μία συγκεκριμένη συνθήκη. Η δομή Case αποτελείται από έναν δείκτη και έναν ακροδέκτη επιλογής (selector). Θέτουμε δεδομένα στον ακροδέκτη επιλογής και ανάλογα με το είδος των δεδομένων αλλάζει και ο αριθμός των περιπτώσεων (Cases). Αν ο ακροδέκτης δεχτεί λογική τιμή, τότε οι Cases θα είναι αληθής (true) ή ψευδής (false). Κάθε Case έχει το δικό της υποδιάγραμμα και μπορούμε να προβάλουμε μόνο μία κάθε φορά χρησιμοποιώντας τα βελάκια που βρίσκονται στο δείκτη. Κάθε φορά εκτελείται ένα υποδιάγραμμα, είναι αυτό που συμφωνεί με την συνθήκη η οποία ορίζεται στον επιλογέα. Στη συνέχεια συγκρίνει τους δείκτες των υποδιαγραμμάτων. Αν κάποιος δείκτης συμφωνεί τότε εκτελείται το αντίστοιχο υποδιάγραμμα. Αν δεν συμφωνεί τότε εκτελείται το προεπιλεγμένο (default) Case. 23

24 Η Δομή Sequence Τοποθετούμε την Sequence στο block diagram επιλέγοντάς την από την υποπαλέττα Structures. Η Δομή Sequence αποτελείται από πλαίσια (frames). Αρχικά έχει μόνο ένα πλαίσιο. Εμείς μπορούμε να προσθέσουμε κι άλλα πλαίσια από το Pop-Up μενού επιλέγοντας Add frame After ή Add frame Before Τα πλαίσια εκτελούνται πάντα με την σειρά, αρχίζοντας από το 0. Τα δεδομένα μεταφέρονται από το ένα πλαίσιο στο άλλο κάνοντας χρήση τοπικής μεταβλητής. Αφού εκτελεστεί και το τελευταίο πλαίσιο μπορούν τα δεδομένα να εξέλθουν από την δομή. 24

25 Η Δομή Event Τοποθετούμε την Event στο block diagram επιλέγοντάς την από την υποπαλέττα Structures. Η Event αποτελείται από ένα σύνολο γεγονότων. Αρχικά έχει μόνο ένα γεγονός. Μπορούμε να προσθέσουμε κι άλλα γεγονότα από το Pop-Up μενού επιλέγοντας Add Event Case. 25

26 Πίνακες Ένας πίνακας απαρτίζεται από δεδομένα του ίδιου τύπου. Για να προσπελάσουμε κάποιο δεδομένο ή στοιχείο ενός πίνακα θα πρέπει να μας είναι γνωστή η ακριβή θέση του στοιχείου στον πίνακα. Με άλλα λόγια χρειαζόμαστε έναν δείκτη θέσης του στοιχείου. Ένας πίνακας μπορεί να έχει πολλαπλές διαστάσεις, όπου κάθε διάσταση μπορεί να περιέχει έως 2^31 στοιχεία οποιουδήποτε τύπου. Αν υποθέσουμε ότι έχουμε Ν στοιχεία ανά διάσταση, τότε ο δείκτης θέσης κυμαίνεται στο διάστημα (0 Ν-1). Για τον μονοδιάστατο πίνακα ο δείκτης του πρώτου στοιχείου είναι μηδέν 26

27 Κατασκευή πίνακα 1η Κίνηση Επιλέγουμε από την παλέτα πινάκων και συστάδων ένα κέλυφος πίνακα και το τοποθετούμε στο παράθυρο των γραφικών 2 η Κίνηση Για την ολοκλήρωση της κατασκευής του πίνακα, πατάμε το δεξί πλήκτρο από το ποντίκι στο άδειο κέλυφος, επιλέγουμε τον τύπο των δεδομένων από τις υποπαλέτες και τοποθετούμε το αντικείμενο πάνω στο κέλυφος 27

28 Γραφήματα Γράφημα ονομάζεται η δι-διάστατη απεικόνιση ενός ή περισσοτέρων κυματομορφών. Στο Labview μπορούμε να βρούμε δύο είδη γραφημάτων: γραφήματα ΧΥ τα οποία απεικονίζουν ένα διάνυσμα Χ ως προς ένα διάνυσμα Υ και γραφήματα κυματομορφών όπου θεωρείται ότι ο άξονας Χ είναι ο άξονας του χρόνου. Με την τοποθέτηση τους στο front panel, οι άξονες είναι βαθμολογημένοι με προεπιλεγμένη τιμή, η οποία όμως μπορεί να διαφοροποιηθεί με το εργαλείο ονοματοθέτησης. Επιπλέον μπορούμε να επιλέξουμε αυτόματη βαθμολόγηση για τον άξονα Χ με το Χ Scale >> Autoscale X από το Pop Up μενού και με το Υ Scale >> Autoscale Y για τον άξονα Υ. 28

29 Αντικείμενα παλέτας γραφήματος Αριθμός γραφήματος Πλέγμα Πλήκτρα γραφήματος Δείκτες αξόνων Πλήκτρα κέρσορα 29

30 Παρουσίαση Express VIs Τα Express VIs αποτελούν συνδιασμό SubVIs που προγραμματίζονται από παράθυρο διαλόγου. Ακολουθεί η παλέτα λειτουργιών των Express VIs 30

31 Labview Control Design Toolkit Με τη χρήση γραφικών εργαλείων μπορούμε να δημιουργήσουμε μοντέλα δυναμικών συστημάτων. Το Control Design Toolkit υποστηρίζει γραμμικά, χρονικά αμετάβλητα, συνεχή και διακριτά μοντέλα που μπορούν να αναπαρασταθούν ως μοντέλα συνάρτησης μεταφοράς, χώρου κατάστασης ή κέρδους- πόλων-μηδενικών. Με τα εργαλεία που παρέχει μπορούμε να πραγματοποιήσουμε μετατροπές ανάμεσα στις διάφορες μορφές των μοντέλων καθώς και να κάνουμε σύνδεση μεταξύ των μοντέλων σε σειρά, παράλληλα, με ανάδραση κ.α. Μπορούμε να κάνουμε ανάλυση της χρονικής απόκρισης, της απόκρισης συχνότητας και των χαρακτηριστικών ενός συστήματος όπως είναι η ευστάθεια, το κέρδος και ο συντελεστής απόσβεσης, χρησιμοποιώντας ενσωματωμένα VIs (Virtual Instruments-Εικονικά Όργανα) όπως είναι το CD Bode.vi, CD Nyquist.vi και το CD Root Locus.vi. 31

32 LabVIEW Control Design Toolkit 32

33 Σχεδίαση ενός Συστήματος Αυτόματου Ελέγχου Περιλαμβάνει: 1. Ανάπτυξη Μαθηματικών Μοντέλων 2. Ανάλυση Μαθηματικών Μοντέλων 3. Δημιουργία Ελεγκτή 33

34 Βασικό Μοντέλο Σχεδίασης Συστημάτων Αυτόματου Ελέγχου Περιλαμβάνει Τέσσερις Φάσεις: 1. Ανάπτυξη και Ανάλυση ενός μοντέλου 2. Την Σχεδίαση και Ανάλυση ενός Σ.Α.Ε 3. Την Προσομοίωση του Δυναμικού Συστήματος 4. Την Ανάπτυξη του Ελεγκτή 34

35 Εργαλειοθήκες και Λύσεις που παρέχει η National Instruments 35

36 Εύρεση και Άνοιγμα του Control Design Toolkit μέσα στο LabVIEW 36

37 Model Construction Παρέχει εργαλεία για την: Control Design Δημιουργία γραμμικών μοντέλων συστημάτων Τροποποίηση των ιδιοτήτων ενός μοντέλου Αποθήκευση ενός μοντέλου σε αρχείο Διάβασμα ενός μοντέλου από αρχείο Απεικόνιση ενός μοντέλου 37

38 Model Construction CD Construct State-Space Model.vi Δημιουργούμε την αναπαράσταση ενός συστήματος στον Χώρο Κατάστασης χρησιμοποιώντας τις εισόδους Α, Β, C, D και Sampling Time (s). 38

39 Model Construction CD Construct Transfer Function Model.vi Δημιουργούμε την αναπαράσταση ενός συστήματος σε μορφή Συνάρτησης Μεταφοράς χρησιμοποιώντας τις εισόδους Numerator, Denominator, Sampling Time (s) και Delay. 39

40 Model Construction CD Zero-Pole-Gain Model.vi Δημιουργούμε την αναπαράσταση ενός συστήματος σε μορφή Κέρδους Πόλων Μηδενικών χρησιμοποιώντας τις εισόδους Zeros, Poles, Gain, Sampling Time (s) και Delay. 40

41 Model Construction CD Draw State-Space Equation.vi Εμφανίζει την εξίσωση του μοντέλου στον Χώρο Κατάστασης. 41

42 Model Construction CD Draw Transfer Function Equation.vi Εμφανίζει την εξίσωση του μοντέλου Συνάρτησης Μεταφοράς. 42

43 Model Construction CD Draw Zero-Pole-Gain Equation.vi Εμφανίζει την εξίσωση του μοντέλου Κέρδους Πόλων Μηδενικών. 43

44 Model Construction CD Write Model from File.vi Δημιουργεί ένα νέο αρχείο ή προσαρτά σε ένα υπάρχον αρχείο, τον καθορισμένος αριθμός των εγγραφών. 44

45 Model Construction CD Read Model from File.vi Ανοίγει ένα αρχείο που δημιουργήσαμε με το CD Write to File.vi και διαβάζει όλες τις εγγραφές του αρχείου. 45

46 Model Construction Παράδειγμα Κυκλώματος RLC Συνάρτηση Μεταφοράς Ανάμεσα στην τάση εισόδου Vi και την τάση του πυκνωτή Vc είναι η εξίσωση: H() s = s 2 1 LC Rs + + L 1 LC 46

47 Block Diagram: Model Construction Παράδειγμα Κυκλώματος RLC 47

48 Front Panel: Model Construction Παράδειγμα Κυκλώματος RLC 48

49 Model Conversion Παρέχει εργαλεία για την πραγματοποίηση μετατροπών ανάμεσα στις διάφορες μορφές των μοντέλων. Control Design 49

50 Model Conversion CD Convert to State-Space Model.vi Μετατρέπει το μοντέλο ενός συστήματος σε μορφή Χώρου Κατάστασης. Με την παράμετρο Realization Type καθορίζουμε αν θέλουμε το μοντέλο που προκύπτει να είναι πλήρης ή μερικό. 50

51 Model Conversion Block Diagram Μετατροπής Μοντέλου Κέρδους Πόλων Μηδενικών σε Μοντέλο Χώρου Κατάστασης. 51

52 Model Conversion CD Convert to Transfer Function Model.vi Μετατρέπει το μοντέλο ενός συστήματος σε μορφή Συνάρτησης Μεταφοράς. 52

53 Model Conversion Block Diagram και Front Panel Μετατροπής Μοντέλου Χώρου Κατάστασης σε Μοντέλο Συνάρτηση Μεταφοράς. 53

54 Model Conversion CD Convert to Zero-Pole-Gain Model.vi Μετατρέπει το μοντέλο ενός συστήματος σε μορφή Κέρδος Πόλων Μηδενικών. 54

55 Model Conversion Block Diagram και Front Panel Μετατροπής Μοντέλου Χώρου Κατάστασης σε Μοντέλο Κέρδους Πόλων Μηδενικών. 55

56 Model Conversion CD Convert Continuous to Discrete.vi Μετατρέπει ένα συνεχής χρόνου μοντέλο σε διακριτού χρόνου χρησιμοποιώντας τον χρόνο δειγματοληψίας (Sampling Time) και την μέθοδο (Method) που ορίζουμε. 56

57 Model Conversion CD Convert Discrete to Continuous.vi Μετατρέπει ένα διακριτού χρόνου μοντέλο σε συνεχής χρόνου χρησιμοποιώντας μια καθορισμένη μέθοδο. 57

58 Model Conversion Block Diagram και Front Panel Μετατροπής Συνεχούς σε Διακριτό Μοντέλο. 58

59 Model Interconnection Control Design Παρέχει εργαλεία για την σύνδεση μοντέλων με τους ακόλουθους τρόπους: σε σειρά παράλληλα με ανάδραση με παράθεση 59

60 Model Interconnection CD Parallel.vi Συνδέει δύο γραμμικά μοντέλα παράλληλα. Τα μοντέλα πρέπει να είναι είτε συνεχής χρόνου είτε να έχουν τον ίδιο χρόνο δειγματοληψίας αν είναι διακριτού χρόνου μοντέλα. 60

61 Model Interconnection CD Series.vi Συνδέει δύο γραμμικά μοντέλα σε σειρά. Τα μοντέλα πρέπει να είναι είτε συνεχής χρόνου είτε να έχουν τον ίδιο χρόνο δειγματοληψίας αν είναι διακριτού χρόνου μοντέλα. 61

62 Model Interconnection Block Diagram και Front Panel Σειριακής Σύνδεσης Συναρτήσεων Μεταφοράς. 62

63 Model Interconnection CD Feedback.vi Συνδέει δύο γραμμικά μοντέλα σε σχηματισμό ανάδρασης. Τα μοντέλα πρέπει να είναι είτε συνεχής χρόνου είτε να έχουν τον ίδιο χρόνο δειγματοληψίας αν είναι διακριτού χρόνου μοντέλα. 63

64 Model Interconnection CD Unit Feedback.vi Συνδέει δύο γραμμικά μοντέλα με ενιαίο σχηματισμό ανάδρασης. Τα μοντέλα πρέπει να είναι είτε συνεχής χρόνου είτε να έχουν τον ίδιο χρόνο δειγματοληψίας αν είναι διακριτού χρόνου μοντέλα. 64

65 Model Interconnection CD Append.vi Προσαρτά ένα γραμμικό μοντέλο σε ένα άλλο για να συγκρίνουμε τον χρόνο ή την απόκριση συχνότητας στο ίδιο σχέδιο. Οι είσοδοι και έξοδοι του Appended Model είναι οι συλλογικές είσοδοι και έξοδοι των Model 1 και Model 2. 65

66 Model Information Παρέχει εργαλεία για να αποκτήσουμε ή να ρυθμίσουμε : τις παραμέτρους τα δεδομένα τα ονόματα ενός μοντέλου συστήματος. Control Design 66

67 Model Information Περιλαμβάνει ιδιότητες όπως: την χρονική καθυστέρηση του συστήματος τις διαστάσεις του συστήματος τον χρόνο δειγματοληψίας Control Design τα ονόματα εισόδου, εξόδου και καταστάσεων ενός συστήματος. 67

68 Model Information CD Verify Model Type.vi Προσδιορίζει τον τύπο των μοντέλων βασιζόμενο στον αριθμό εξόδων και εισόδων. Ένα μοντέλο συστήματος μπορεί να είναι: SISO MIMO SIMO MISO 68

69 Model Information CD Set Data to Model.vi Ορίζει τις τιμές που δίνονται για το μοντέλο συστήματος. 69

70 Model Information CD Get Data from Model.vi Αποκτά τα δεδομένα που περιγράφουν την δυναμική του συγκεκριμένου μοντέλου συστήματος. 70

71 Model Information CD Set Delays to Model.vi Ορίζει τις δοσμένες χρονικές καθυστερήσεις στο μοντέλο συστήματος. 71

72 Model Information CD Get Delays from Model.vi Λαμβάνει όλες τις χρονικές καθυστερήσεις που υπάρχουν στο μοντέλο συστήματος. 72

73 Control Design Time Response Περιέχει εργαλεία για να υπολογίζουμε: την βηματική απόκριση την κρουστική απόκριση την απόκριση σε αυθαίρετη είσοδο 73

74 Time Response CD Step Response.vi Υπολογίζει την έξοδο ενός συστήματος όταν διεγείρεται με βηματική είσοδο. Αυτό το VI υποθέτει ότι οι αρχικές καταστάσεις του συστήματος είναι μηδενικές. 74

75 Time Response CD Parametric Time Responce.vi Επιστρέφει τα ακόλουθα δεδομένα απόκρισης: Χρόνο Ανύψωσης (Rise Time) Μέγιστη Υπερύψωσης (Maximum Overshoot) Χρόνο Κορυφής (Peak Time) Χρόνος Αποκατάστασης (Settling Time) Κέρδος Σταθερής Κατάστασης (Steady State Gain) 75

76 Time Response Παράδειγμα Απόσβεσης Ελατηρίου Μάζας Το μοντέλο στον Χώρο Κατάστασης είναι: x = Ax + Bu = k b x + 1 u m m m [ 1 0] [ 0] y = Cx + Du = x + u = x Αν δώσουμε τις τιμές: k = 50 kn m = 100kg cm 10 kn b = s cm x= x+ u [ ] y = 1 0 x+ [0] u = x 76

77 Time Response Παράδειγμα Απόσβεσης Ελατηρίου Μάζας Βηματική Απόκριση & Παραμετρικά Δεδομένα 77

78 Time Response CD Impulse Responce.vi Υπολογίζει την έξοδο του συστήματος όταν διεγείρετε με μία κρουστική είσοδο. 78

79 Time Response Παράδειγμα Απόσβεσης Ελατηρίου Μάζας Κρουστική Απόκριση 79

80 Time Response CD Initial Responce.vi Υπολογίζει την έξοδο του συστήματος δοσμένων κάποιων αρχικών συνθηκών. 80

81 Time Response Παράδειγμα Απόσβεσης Ελατηρίου Μάζας Απόκριση με Αρχικές Συνθήκες Αρχική Συνθήκη: 0.3 cm 81

82 Frequency Response Περιέχει εργαλεία για να αναλύσουμε ένα μοντέλο συστήματος στον χώρο συχνοτήτων. Control Design 82

83 Frequency Response CD Bode.vi Δημιουργεί διαγράμματα Bode. Τα λογαριθμικά αυτά διαγράμματα αποτελούνται από: την καμπύλη του πλάτους την καμπύλη της φάσης 83

84 Frequency Response Παράδειγμα ανάλυσης συχνότητας με διαγράμματος Bode 84

85 Frequency Response CD Nyquist.vi Δημιουργεί το σχέδιο Nyquist του συστήματος που εισάγουμε. Αυτό το VI σχεδιάζει το φανταστικό μέρος της απόκρισης συχνότητας κατά του πραγματικού μέρους του. 85

86 Frequency Response CD Nichols.vi Δημιουργεί το σχέδιο Nichols του συστήματος που εισάγουμε. Αυτό το VI σχεδιάζει το πλάτος, σε db, της απόκρισης συχνότητας κατά της φάσης. 86

87 Dynamic Characteristics Control Design Περιέχει εργαλεία που υπολογίζουν τις ιδιότητες που σχετίζονται με την δυναμική ενός δοσμένου μοντέλου. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά συγκαταλέγουν: το κέρδος DC την ευστάθεια τον γεωμετρικό τόπο ριζών την ανάλυση πόλων-μηδενικών 87

88 Dynamic Characteristics CD Root Locus.vi Υπολογίζει και σχεδιάζει τον γεωμετρικό τόπο ριζών για συνεχή και διακριτά SISO μοντέλα οποιαδήποτε μορφής. 88

89 Control Design Model Reduction Περιέχει εργαλεία που χρησιμοποιούνται: για την μείωση του βαθμού ενός μοντέλου, ακυρώνοντας ταιριαστούς πόλους και μηδενικά ή μειώνοντας τον αριθμό των καταστάσεων των μοντέλων στον χώρο κατάστασης. για την εξάλειψη εισόδων και εξόδων που είναι μη ελέγξιμες και μη παρατηρήσιμες. 89

90 State-Space Model Analysis Control Design Περιέχει εργαλεία για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων ενός μοντέλου στον χώρο κατάστασης όπως: η δυνατότητα παρατήρησης (observability) η δυνατότητα ανίχνευσης (detectability) η δυνατότητα ελέγχου (controllability) η ισορροπία μοντέλου 90

91 State Feedback Design Περιέχει εργαλεία για τον υπολογισμό του κέρδους παρατηρητή ή ελεγκτή κλειστού βρόχου ανάδρασης κατάστασης σύστημα ή για να εκτιμήσουμε ένα μοντέλο στον χώρο κατάστασης. για να ρυθμίσουμε και να δοκιμάσουμε χώρου κατάστασης ελεγκτές και εκτιμητές κατάστασης στο πεδίο του χρόνου. Control Design 91

92 Control Design Stochastic Systems Περιέχει εργαλεία που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή, διαχείριση και ανάλυση στοχαστικών μοντέλων στον χώρο κατάστασης. 92

93 Control Design Solvers Περιέχει εργαλεία που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των λύσεων: των συνεχή και διακριτών αλγεβρικών εξισώσεων Riccati των συνεχή και διακριτών εξισώσεων Lyapunov 93

94 Analytical PID Design Περιέχει ένα εργαλείο που χρησιμοποιείται για να σχεδιάσει τις τιμές κέρδους του PID ελεγκτή. Control Design 94

95 Control Design Predictive Control Περιέχει εργαλεία που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή και την εφαρμογή μοντέλου πρόβλεψης ελεγκτή για ένα σύστημα στον χώρο κατάστασης. 95

96 Control Design Implementation Περιέχει εργαλεία και λειτουργίες που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για: να προσομοιώσουμε την δυναμική απόκριση ενός διακριτού συστήματος να αναπτύξουμε ένα διακριτό μοντέλο σε πραγματικό χρόνο. να εφαρμόσουμε ένα διακριτό φίλτρο Kalman 96

97 Παράδειγμα Απλοποίησης Δομικού Διαγράμματος με χρήση του LabVIEW Control Design Toolkit 97

98 98

99 99

100 100

101 Front Panel 101

102 Τέλος Ενότητας 102