Control Design and Simulation

Transcrição

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2 Control Design and Simulation Controller Plant Setpoint + _ Error G(s) H(s) Output Rodrigo Schneiater Engenheiro de Vendas Osvaldo Santos Engenheiro de Sistemas

3 LabVIEW Control Design and Simulation: LabVIEW System Identification Toolkit Estímulo Resposta DAQ System ID LabVIEW Control Design Toolkit LabVIEW Simulation Module Setpoint Control Design Controller Model DAQ/RIO Output DAQ/RIO Input 3

4 LabVIEW Control Design and Simulation: Simulation Interface Toolkit Control Design Toolkit System Identification Toolkit Simulation Module 4

5 Sistemas de controle Um sistema de controle consiste de um modelo de controlador e um modelo de planta. Sistemas de controle podem ser de malha aberta ou fechada. Controlado r Planta(Motor ) Setpoint + _ erro PID Vm J eq R K m m s K 2 m m 1 s Saída 5

6 O processo de projeto 1. Modelagem Identifique uma representação matemática da planta 2. Projeto do controlador Escolha um tipo de controle e projete o controlador 3. Simulação Teste o controlador e incorpore não-linearidades do mundo real 4. Otimização Sintonize o comportamento do controlador para atender as especificações de projeto em um ambiente realístico 5. Implementação Implemente o sistema de controle finalizado Control Design Toolkit Simulation Module 6

7 Passo 1: Modelagem Identifique uma representação matemática da planta

8 QET DC Motor Control Trainer O modelo nesta apresentação é baseado no Quanser QET DC Motor. Criaremos a função de transferência baseando-se nas especificações do motor, então projetaremos um sistema de controle com o Control Design Toolkit. O sistema de controle pode ser então verificado com o Simulation Module, e então usado para controlar o motor real. 8

9 Obtendo o modelo do motor Elétrico onde : L m R m Diagrama do Motor Mecânico onde : T d 0 Ω m Fixed Magnets Motor Coil Brushes Drive Shaft (substituindo na eq Elétrica) Encoder Ω V m m Inertial Mass 9

10 LabVIEW Control Design Toolkit Construa e analise modelos de sistemas Projete algorítmos de controle básicos e avançados Simule a resposta de projetos de controladores Analise a eficiência e estabilidade do controle de maneira interativa 10

11 Construindo modelos graficamente Crie modelos em tempo contínuo e discreto Modelos podem ser criados simbolicamente 11

12 Construindo modelos textualmente MathScript Node permite que modelos sejam criados usando sintaxe de arquivo m. 12

13 Análise e apresentação do projeto de controle Realize simulações lineares no domínio do tempo Analise modelos no domínio da frequência Calcule propriedades dinâmicas de um modelo 13

14 Demo 1: Modelagem Identificando uma representação matemática da planta

15 Passo 2: Projeto do Controlador Escolha um tipo de controle e projete o controlador

16 Construindo um controlador PID com o Control Design Toolkit Crie um modelo PID na forma de uma função de transferência O modelo pode então ser interconectado com o modelo da planta 16

17 Interconexão de modelos no projeto de controle (gráfico) Conecte modelos em série e em paralelo Crie laços de realimentação 17

18 Interconexão de modelos no projeto de controle Gráfico MathScript Série: A B SeriesModel = series(a, B) Paralelo: A B + + ParallelModel = parallel(a, B) Realimentação: + - A FeedbackModel = feedback(a, B, -1) B 18

19 Análise de resposta no tempo Parametric Time Response Overshoot Rise Time Steady State Error 19

20 Passo 3: Simulação Teste o controlador e incorpore não-linearidades do mundo real

21 LabVIEW Simulation Module Projete sistemas dinâmicos como controladores de motor e simuladores de hidráulica com o LabVIEW Implemente seus sistemas dinâmicos com I/O de tempo real usando funções de aquisição de dados do LabVIEW Traduza modelos do The MathWorks, Inc. Simulink em LabVIEW com utilitário interativo Simule sistemas lineares, não-lineares e discretos com uma grande variedade de solvers Implemente sistemas dinâmicos em hardware de tempo real com o NI LabVIEW Real-Time Module 21

22 O loop de simulação Input Node Main Loop Output Node Solver de Equações Diferenciais permite sistemas de tempo contínuo Semelhante a um Loop While com um período de tempo pré-definido Dê duplo-clique no Input Node para configurar os parâmetros de simulação Laços de Realimentação Sem shift registers 22

23 Parâmetros do loop de simulação Expanda o nó da esquerda para mostrar os parâmetros atuais e fornecer entradas para configurações de simulação em tempo de execução Dê um duplo-clique no nó da esquerda para configurar os parâmetros de simulação 23

24 Demo 2: Projeto do Controlador e Simulação Escolha um tipo de controle e projete o controlador Teste o controlador e incorpore não-linearidades do mundo real

25 Passo 4: Otimização Sintonize o comportamento do controlador para atender as especificações de projeto em um ambiente realístico

26 Introduzindo Não-linearidades Fontes de Não-linearidades Saturação Ruído Atrito Não-linearidades fazem modelos e controladores ideais se comportar de maneira diferente no mundo real. 26

27 Exemplo de não-linearidade Introduzindo uma não-linearidade de saturação com o Simulation Module pode mudar o comportamento de um modelo drasticamente. Resposta ideal com modelo linear no Control Design Mesmo controlador com saturação adicionada na Simulação 27

28 Otimização do controlador Control Design Sintonize os parâmetros do controlador Estime o desempenho Simulation Introduza imperfeições e não-linearidades Verifique o desempenho A otimização do controlador é um processo iterativo 28

29 Passo 5: Implementação Implemente o sistema de controle finalizado

30 Opções de implementação As funções do Control Design and Simulation são compatíveis com o LabVIEW RT DAQ FieldPoint CompactRIO Modelo discreto: Implemente com Control Design Toolkit ou Simulation module Modelo contínuo: Implemente com Simulation Module 30

31 Implementação 31

32 Demo 3: Implementação Implemente o sistema de controle finalizado

33 Perguntas, observações? 33