Semplifica il processo di progettazione con nuovi strumenti grafici e testuali

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  • 8/14/2019 Semplifica il processo di progettazione con nuovi strumenti grafici e testuali

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    Matteo FoiniTechnical Marketing Engineer

    National Instruments Italy

    Semplifica il Processo di

    Progettazione con NuoviStrumenti Grafici e Testuali

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    Graphical System Design

    Interactive Design

    Control design

    Dynamic system simulation

    Digital filter design

    Advanced mathematics

    Deployable Targets

    Rugged deployment platforms

    Distributed networking

    Human machine interfaces

    Custom Designs

    Tight I/O Integration

    I/O modules and drivers

    COTS FPGA hardware

    VHDL and C code integration

    Design validation tools

    DESIGN PROTOTYPE DEPLOY

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    Modeling and Design

    Modeling and design produce controller and plant models

    Kc

    Controller

    Kp

    Plant

    Error

    Control

    Output FeedbackSetpoint

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    Kc

    Controller

    Kp

    Plant

    Error

    Control

    Output FeedbackSetpoint

    Rapid Control Prototyping (RCP)

    Creating a functional prototype of the controller

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    Kc

    Controller

    Kp

    Plant

    Error

    Control

    Output FeedbackSetpoint

    Targeting Production Controller

    Download control algorithm to production embedded target

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    Hardware-in-the-Loop (HIL) Simulation

    Kc

    Controller

    Error

    Control

    Output FeedbackSetpoint

    Testing production controller with simulated plant

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    System Testing

    Kc

    Controller

    Kp

    Plant

    Error

    Control

    Output FeedbackSetpoint

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    Modeling and design- Iterative process

    - Models and design space are complex

    - Prototypes not readily available at start of process

    - Model tuning required based on empirical data

    Rapid control prototyping and HIL

    - Hardware platforms are typically high cost and inflexible

    - Significant development required to move from offline

    simulation to real-time implementation

    Todays Challenges

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    LabVIEW Development Environment

    Control Design & Simulation Module System ID Toolkit

    LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA

    cRIO, cFPPXI RIO/DAQ Devices

    Targets

    Statechart ModuleSimulation Interface

    Toolkit

    PID & Fuzzy Logic Toolkit

    NI Motion Control

    LabVIEW Embedded

    32-bit p

    NI Platform for Control

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    Option A. Existing Model

    Option B. Mathematical Modeling

    Option C. System Identification

    Kc

    Controller

    Kp

    Plant

    ErrorMotor

    Voltage

    Actual

    Speed

    Speed

    Setpoint

    Step 1. Plant Modeling and Analysis

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    Note: Assume L

    (inductance) and b(rotational friction)

    are very small

    dt

    tdKtVtRi

    )()()(

    =1

    )()(1

    )( tR

    KtV

    Rti =2

    2

    2)(

    )(

    dt

    tdJtT

    = 3

    )()(

    tKidt

    tdJ =

    4

    )()()(

    2

    tR

    KtV

    R

    K

    dt

    tdJ

    =5

    )()()(2

    sKsKVsJRs =Laplace transform:6

    DC Motor Model

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    )()()(2

    sKsKVsJRs =Laplace transform: 6

    )()()(2

    sKVsKsJRs =+ Reorganizing Terms 7

    Input Voltage

    Resultant Transfer

    Function 2)(

    )(

    KJRs

    K

    sV

    s

    +=

    Angular Speed8

    DC Motor Model

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    Kc

    Controller

    Kp

    Plant

    ErrorMotor

    Voltage

    Actual

    Speed

    Speed

    Setpoint

    Step 1. Plant Modeling and Analysis

    Option A. Existing Model

    Option B. Mathematical Modeling

    Option C. System Identification

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    Identify and validate linear models ofsystems from empir ical data

    Seamless integration wi th NI I/O

    Parametric model estimation (both SISOand MIMO)

    Nonparametric model estimation

    Recursive model estimation Data preprocessing

    Model conversion, validation, andpresentation

    Closed-loop system identification withfeedback detection

    Partially known grey box systemidentification

    LabVIEW System Identification Toolkit

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    Many Control Design Options

    - Focus on Root Locus Method

    - PID Synthesis

    Kc

    Controller

    ErrorMotor

    Voltage

    Actual

    Speed

    Speed

    Setpoint

    2KJRs

    K

    +Plant

    Step 2. Control Design

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    Simulate response to arbitrary inputs

    (vs. step response, etc.)

    Simulate controller with non-linear

    and/or higher-order plant models

    ErrorMotor

    VoltageActualSpeed

    SpeedSetpoint

    2KJRs

    K

    +Plant

    +s

    TsK

    i

    c

    1

    Controller

    Step 3. Simulation

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    Simulate dynamic systems including controllers and plants

    Real-time implementation for rapid control prototyping or

    hardware-in-the-loop simulation

    LabVIEW Simulation Module

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    Linear systems continuous anddiscrete time

    Nonlinear system blocks and lookuptables

    Fixed-step, variable step, and stiff

    solvers

    Trimming and linearization

    Integration with Formula node andMathScript node (through subVI)

    Integration with 3D picture control forsystem visualization

    LabVIEW Simulation Module Features

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    Prototype controller with real-time hardware

    - Download control algorithm to RT PXI

    - Connect to actual plant system (electric motor)

    Electric

    Motor

    ErrorMotor

    Voltage

    Actual

    Speed

    Speed

    Setpoint

    PlantControllerRT PXI System/cRIO

    +

    s

    TsK

    i

    c

    1

    Step 4. Control Prototyping

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    +

    s

    TsK

    i

    c

    1

    Production controller with real-world I/O

    - Download control algorithm to production

    embedded target

    - Not connected to real-world plant

    ErrorMotor

    Voltage

    PRODUCTION

    EMBEDDED

    CONTROLLER

    Step 5. Targeting Production Controller

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    NI LabVIEW Microprocessor SDK

    NI LabVIEW

    Microprocessor SDK

    Third party toolchain

    Third party OS

    Deploy on any 32-bit processor Use the same LabVIEW graphical

    programming to deploy to customdevices

    More than 400 built-in numerical

    analysis and signal processinglibraries

    Interactive front panel and blockdiagram debugging

    C code generator for breadth oftoolchain and target support

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    Prototype plant with real-time hardware

    - Download plant model to RT PXI

    - Connect to production controller

    ErrorMotor

    Voltage

    Actual

    SpeedSpeed

    Setpoint

    Plant ModelController

    2KJRs

    K

    +RT PXI System

    Production

    Controller

    Step 6. Hardware-in-the-Loop

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    ErrorMotor

    Voltage

    Actual

    SpeedSpeed

    Setpoint

    NI Core!!!

    Step 7. Final Test and Verification

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    ConfigurableSimulation

    Benefits of LabVIEW

    Graphical System Design

    Graphical Dataflow

    Math ScriptStatechart

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    Statechart in LabVIEW

    Macchine a stati complesse

    Controllo basato sugli stati

    Interfacce utente

    Protocolli di comunicazione

    Distribuire statechart su

    Sistemi Desktop

    Controller real-time

    FPGA

    Sistemi Embedded

    Touch panel

    LabVIEW Statechart Module

    ni.com/statechart

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    1. Progettare stati e transizioni

    2. Sviluppare azioni e codice di

    controllo

    3. Generare subVI con logica

    statechart

    4. Integrare i subVI nei

    diagrammi di LabVIEW

    Sviluppare con LabVIEW Statechart

    ni.com/statechart

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    Little or No Learning Curve for The

    MathWorks, Inc. Simulink Software Users

    LabVIEW Simulation Module

    The SimulinkSoftware Environment

    Simulink is a registered trademark of The MathWorks, Inc. All othertrademarks are the property of their respective owners.

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    NI LabVIEW Simulation Interface Toolkit(SIT)

    Use the LabVIEW SimulationInterface Toolkit to:

    - Build powerful user interfaces for

    models developed in the Simulink

    environment- Interact with, view, and control

    models from LabVIEW

    - Deploy models to real-time hardware

    with LabVIEW Real-Time*

    .

    Real-Time Workshop is a registered trademark of The MathWorks, Inc. Allother trademarks are the property of their respective owners.

    *Requires The MathWorks, Inc. Real-Time Workshop

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    NI LabVIEW Simulation Interface Toolkit(SIT)LabVIEW Front Panel

    Model Parameters and

    Signals

    LabVIEW Control s and

    Indicators

    SIT Connect ion Manager

    Simulation Model

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    Siemens PowerHIL (Hardware-in-the-Loop) Simulation

    ActualTurbine Controller

    Steam TurbineSimulator

    PXI RT System

    MonitorHost and Server

    I/O Signals

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    Discuss products and configure your application

    Obtain estimated costs or a quote to take with you

    Request a free consultation an NI engineer will

    cometo your office to:

    - Discuss your application and specialized topics

    - Demonstrate customized applications, examples,

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    Visit the web site: www.ni.com/design

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    ARRIVEDERCI

    EGRAZIE