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Control Design and Simulation


控制系统设计与动态系统仿真
National Instruments 2004高校巡回研讨会

专题议程
? 控制器设计的简介 ? NI的解决方案 –LabVIEW系统辨识工具包 –LabVIEW控制设计工具包 –LabVIEW动态系统仿真工具包 –PXI 实时控制器 ? 基于LabVIEW的直流电机PI速度控制器设计

控制的应用领域
工业过程控制
Precision Machine Control

嵌入式控制

Flight Control Industrial Control Engine Control

Motion Control

基于模型的控制器设计
? 工具
– 数据采集硬件 – 设计与仿真软件 – 实时硬件
Flight Control

? 挑战
– 研发时间的缩短 – 不断提高的应用复杂度 – 不管提高的性能和可靠性要求
Engine Control

软件硬件不能很好的结合

基于模型的控制器设计(V Diagram)
系统辨识
从受控系统获取输入输出数据 识别受控系统结构和参数 分析受控系统的开环特性 选择控制器结构和系数 (增益)

系统要求 控制器 设计/ 分析和设计 仿真 原型 实现

现场测试 校准和 功能测试

分析受控系统的闭环特性 系统 离线仿真控制器和线性受控系统模型

仿真

测试 (HIL)

实时硬件

代码 生成

离线仿真控制器和非线性受控系统模型

软件 测试 实时控制器代码生成

基于LabVIEW的控制器开发系统
LabVIEW 7.1控制设计与仿真软件工具包

LabVIEW RT系统

PXI实时硬件系统

基于LabVIEW的电机PI速度控制器设计
预设转速 误差

PI控制器

电机电压

直流电机

实际转速

1.系统建模
? 选择 A – 数学建模
LabVIEW 开发系统 Control Design 工具包

H(s) =

角速度 输入电压

K = V (s) JRs + K 2

ω ( s)

? 选择 B – 系统辨识
LabVIEW 开发系统 Sys Identification 工具包
D/A A/D

2.控制器设计
预设转速
误差

s +1/ Ti Kc s

电机电压

K JRs + K 2

实际转速

LabVIEW 开发系统 Control Design 工具包

3.闭环系统仿真

LabVIEW 开发系统 Simulation 工具包

4.控制器原型实现
预设转速
误差

s +1/ Ti Kc s

电机电压

K JRs + K 2

实际转速

实时控制系统 实施控制器

LabVIEW 开发系统 Simulation 工具包 PXI RT 硬件系统

5. Hardware-in-the-Loop 测试
预设转速 误差

s +1/ Ti Kc s

电机电压

K JRs + K 2

实际转速

实时系统

LabVIEW 开发系统 Simulation 工具包 PXI RT 硬件系统

实时系统仿真

总结
基于LabVIEW的控制设计具有以下特点:
? ? ? ? ? ? 单一完整的编程环境 灵活方便地在线修改仿真设计参数 仿真设计和实时硬件的紧密连接 从仿真到实际系统的无缝转换 缩短了开发时间 LabVIEW控制设计与仿真工具包包含在单位软件使 用权(Site License)中, 也可单独采购

谢谢大家!


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