Progettazione Delle Strategie Di Controllo - Control Design

Necessità delle macchine moderne – Control Design

Logging, Database

Sensors and Signal Conditioning

HMI

Modern Machine

Mechanical Design

Networking Discrete and Sequential Logic

Embedded System Design Motors and Actuators

Machine Condition Monitoring

Machine Vision

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Motion Control Design

Tendenze nella Meccatronica

Misure Avanzate

Controllo Avanzato

Intelligenza Distribuita

Deployment

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Benefici di controllo e tuning avanzati • Un valvola con tuning scarso può costare €880/anno* • Un loop di pH mal fatto può provocare sprechi di materie chimiche per €50.000/mese* • Un termoregolatore con cattivo loop può costare €30.000/mese*

Controllo Model Model-based < 1%

Controllo Manuale

PID con tuning manuale

PID va bene

*Fonti: Cybosoft e ExperTune 3

Algoritmi di Controllo • • • • • • •

PID Gain Scheduling Cascade Feed Forward LQR Fuzzy Logic Model Predictive Control (MPC)

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L’approccio di LabVIEW al Control Design Simulazione

Configurabile

Dataflow grafico

Diagrammi di Stato

Math Script

LabVIEW Simulation Module • Simulazione di sistemi dinamici tra cui controllori e impianti • Implementazione real-time per rapid control prototyping o simulazione hardwarein-the-loop

LabVIEW PID Control toolkit • Caratteristiche fondamentali: – Autotuning per migliorare le prestazioni di controllo PID – Strumenti di logica Fuzzy per sistemi complessi – Algoritmi di controllo P, PI, PD, e PID – Progettazione grafica in LabVIEW di algoritmi di controllo

Controllo con LabVIEW 8.6 Function Blocks Accumulate and Collect

Timing

Edge Detection

Motion Control

Accumulate

Count Down

Edge Detect

Line

Collect Boolean Array

Count Up

One Shot Rising

Arc

Collect Numeric Array

Count Up Down

One Shot Falling

Contour

Totalize

Pulse Timer

Bistable/Flip-Flop

Elapsed Timer

Control PID

Reference Capture

RS Bistable

Retentive Timer On

Compare

SR Bistable

Timer On Delay

Gearing

Timer Off Delay

Camming

LabVIEW Simulation Interface Toolkit (SIT) • Connettere un’interfaccia utente di LabVIEW al software Simulink® di The MathWorks, Inc. per rendere possibile l’interazione con il modello durante la simulazione • Connettere il modello ad I/O real-time per prototipazione, rilascio e simulazione HIL

Simulation Interface Toolkit

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

LabVIEW Simulation Interface Toolkit (SIT) •Interfaccia utente di LabVIEW per Simulink® •E’ richiesto Simulink; non è richiesta conoscenza dei diagrammi di LabVIEW

•I/O basato su configurazione •DAQ, FPGA e CAN con supporto LabVIEW Real-Time.

•LabVIEW esegue il modello Simulink® •Simulink non è richiesto, eccetto che nel PC utilizzato per creare la DLL con Matlab/Simulink/Real-Time Workshop® e Microsoft Visual C++ ® Simulink Algorithm Modeling

Algorithm Verification

Real-World Prototyping

LabVIEW

Opzioni integrate/esterne per elaborazione segnali, analisi e calcolo con LabVIEW Script node

Script node

Funzionalità integrate •Calcolo •Elaborazione segnali •Elaborazione immagini •Acustica e Vibrazioni •Controlli

MATLAB® software The MathWorks, Inc.

MapleTM software Maplesoft

MathCAD® software VIs

Mathsoft Engineering & Education, Inc.

Scilab software Script node

INRIA

Xmath software Script node

National Instruments

Scilab is a trademark of INRIA. MATLAB® is a registered trademark of The MathWorks, Inc. All other trademarks are the property of their respective owners.

Connettività a Modelli con LabVIEW Simulink® SIT

The MathWorks, Inc.

SystemBuild DLL

Riutilizzo dei modelli di simulazione esistenti in LabVIEW for valutazione, sviluppo e validazione • Creazione di interfacce utente per interagire con simulazioni (brevettato) • Salvataggio ed analisi dei risultati di simulazione • Connessione di modelli con il mondo reale

VIs

National Instruments - MATRIXx

CarSim Mechanical Simulation

Dymola* Ext Node

Dynasim

* Beta Interface

Simulink® and Real-Time Workshop® are registered trademarks of The MathWorks, Inc. All other trademarks are the property of their respective owners.

Prototipazione e rilascio con LabVIEW

Flessibilità e Prezzo di Sistema

I/O I/O I/O

PXI RIO

Processor

FPGA

Custom I/O

PCI RIO

CompactRIO CompactRIO Integrato

Numero di Sistemi Prodotti

Single-Board RIO

Software “decisionale” Sistema tradizionale

Complessità aggiuntiva

Outputs

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Calcolo

Driver API

Operating System

Hardware

Risposta IMPIANTO ~25 µs

Application Software

Inputs

Hardware “decisionale”

Sistema basato su FPGA

Massima Affidabilità

Outputs

1Risposta

più elevata per clock a 80 e 120 MHz

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Driver API

Operating System

Calcolo

Hardware

Risposta IMPIANTO 25 ns1

Application Software

Inputs

Controllo basato su FPGA • Affidabilità dell’hardware custom – Nessun sistema operativo – Nessuna dipendenza software

• Decision making a bordo a 40 MHz • I/O analogici fino a 800 kHz • PID/control assi oltre 200 kHz

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Conclusioni • PID ampliamente utilizzati sul mercato • Controllo basato su FPGA permette prestazioni superiori • La simulazione riduce i rischi ed i tempi di sviluppo

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Piattaforma NI per il controllo LabVIEW Development Environment Control Design Toolkit

System ID Toolkit

Simulation Module

State Diagram Toolkit

Simulation Interface Toolkit

PID & Fuzzy Logic Toolkit NI Motion Control

LabVIEW FPGA Targets

LabVIEW Embedded

LabVIEW Real-Time

PXI

cRIO, cFP

Dispositivi RIO/DAQ

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µπ a32-Bit

Piattaforma PAC in una macchina moderna Advanced Control HMI

Compact FieldPoint Mechanical Design

Data Acquisition

Smart Camera Industrial PC

Embedded System Design

Motors, Drives

CompactRIO

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Custom Layout