A interface NI LabVIEW de SimulationX pode ser usada para imple-
mentar modelos de simulação complexos e dinâmicos, criados em SimulationX, no ambiente LabVIEW, para análise de sistemas e projetos de controle adicionais.
O SimulationX fornece um grande número de elementos prede-
finidos em diferentes domínios físicos para criar modelos detalhados
de simulação com base física. Usar esses modelos dentro do LabVIEW
permite:
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Teste de controladores LabVIEW utilizando modelos de plantas do SimulationX (Software-in-the-Loop - SiL)•
Implantação de controladores em tempo real utilizando o LabVIEW Real Time para testes Hardware-in-the-Loop (HiL)•
Criação de interfaces gráficas de usuário em torno de modelos SimulationX•
Modelos físicos detalhados para LabVIEW•
É necessário o LabVIEW Control Design and Simulation Module•
Teste de controladores de LabVIEW em circuito fechado com modelos físicos detalhados de SimulationX•
Implantação em tempo real para aplicativos HiL•
Aplicativos de usuário final usando modelosSimulationX sem programação
•
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Integração de modelos SimulationX em aplicações de Integração de modelos SimulationX em aplicações de usuários finais:usuários finais:
Aplicativos de simulação para não especialistasAplicativos de simulação para não especialistas
Aplicativos de medição e de análisesAplicativos de medição e de análises
Controle preditivo do modeloControle preditivo do modelo
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Análises de modelos SimulationX usando funções de análise NI LabVIEWAnálises de modelos SimulationX usando funções de análise NI LabVIEWExemplo
Exemplo
Sobre a base do modelo de exemplo CylinderDrive.ism do SimulationX o processo de
Sobre a base do modelo de exemplo CylinderDrive.ism do SimulationX o processo de
expor
exportação será demonstrado. Um modelo baseado em tação será demonstrado. Um modelo baseado em física de um acionamento de cifísica de um acionamento de cilin-lin-
dro hidráulico será exportado para o LabVIEW. O controlador e a excitação da unidade
dro hidráulico será exportado para o LabVIEW. O controlador e a excitação da unidade
de cilindro serão modelados em LabVIEW. O modelo pode ser
de cilindro serão modelados em LabVIEW. O modelo pode ser encontrado em Simula-encontrado em Simula-
tionX via menu “
tionX via menu “Help - Sample BrowserHelp - Sample Browser ...”. Use o Sample Browser para s ...”. Use o Sample Browser para selecionarelecionar
Hydraulics
Hydraulics e abrir o exemplo e abrir o exemplo CylinderDrive.ismCylinderDrive.ism. Depois de abrir o modelo . Depois de abrir o modelo em Simu-em Simu-
lationX, o Sample Browser pode ser fechado.
lationX, o Sample Browser pode ser fechado.
Figura 1:
Figura 1: Modelo deModelo de
amostra CylinderDrive.ism
amostra CylinderDrive.ism
do SimulationX
do SimulationX
Primeiro salve o modelo em seu diretório de trabalho usando um nome diferente, por exemplo
Primeiro salve o modelo em seu diretório de trabalho usando um nome diferente, por exemplo
C: \ Usuários \ ... \ Documentos \ SimulationX 3.3 \ Modelos\CylinderDrive_to_
C: \ Usuários \ ... \ Documentos \ SimulationX 3.3 \ Modelos\CylinderDrive_to_
LabVIEW.ism \ através do menu “
LabVIEW.ism \ através do menu “File - Save asFile - Save as ...”. ...”.
Os seguintes passos devem ser feitos para converter o modelo em um estado que está mais
Os seguintes passos devem ser feitos para converter o modelo em um estado que está mais
relacionado com o comportamento de um verdadeiro acionamento de cilindro.
relacionado com o comportamento de um verdadeiro acionamento de cilindro.
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Elimine elementosElimine elementos ajusteCurvaajusteCurva,, somasoma e econtroladorPIDcontroladorPID..•
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O sensor de O sensor de deslocamento tem que ser substituído por um deslocamento tem que ser substituído por um elemento sensor de Mechanics.elemento sensor de Mechanics.Linear Mechanics.Sensor.
Linear Mechanics.Sensor.
Figura 2:
Figura 2: SensorSensor
substituído na haste do substituído na haste do êmbolo do acionamento êmbolo do acionamento de cilindro de cilindro
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O modelo nesta fase não inclui o O modelo nesta fase não inclui o tubo ou linha de mangueira de conexão entre a válvulatubo ou linha de mangueira de conexão entre a válvulade controle e o cilindro. Para considerar, pelo menos, o volume de fluido incluído e
de controle e o cilindro. Para considerar, pelo menos, o volume de fluido incluído e aa
elasticidade da parede dos tubos, adicione dois elementos de volume (Library: Hydraulics.
elasticidade da parede dos tubos, adicione dois elementos de volume (Library: Hydraulics.
Basic Elements.Volume
Basic Elements.Volume) entre as portas do ) entre as portas do cilindro e as portas da válvula. cilindro e as portas da válvula. O volume podeO volume pode
ser calculado dentro do
ser calculado dentro do parâmetroparâmetroVV do do Elemento de volume. Supõe-se um comprimentoElemento de volume. Supõe-se um comprimento
de tubo de
de tubo de 0,5 m0,5 m, um diâmetro interior de tubo de, um diâmetro interior de tubo de 12 mm12 mm e uma capacidade de parede e uma capacidade de parede
estimada de
estimada de 50 mm50 mm33/bar/bar. A caixa de . A caixa de diálogo de parâmetros do volumediálogo de parâmetros do volumevAvA é mostrada na é mostrada na
Figura 3.
Figura 3.
Figura 3:
Figura 3: Caixa de diálogo de Propriedades do volume vACaixa de diálogo de Propriedades do volume vA
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Reinicie a posição inicialReinicie a posição inicial x0x0 de de massa1massa1 para o valor padrão 0. para o valor padrão 0.•
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Adicione um bloco de função (Adicione um bloco de função (Library: Signal Blocks.Function) e nomeie-a ValveInput.Library: Signal Blocks.Function) e nomeie-a ValveInput.Este bloco de função será usado para
Este bloco de função será usado para testar o modelo no interior de SimulationX e depoistestar o modelo no interior de SimulationX e depois
servirá como entrada para o sinal de
servirá como entrada para o sinal de controlador no LabVIEW.controlador no LabVIEW.
A Figura 4 mostra a
A Figura 4 mostra a estrutura do modelo após as modificações anteriores.estrutura do modelo após as modificações anteriores.
Figura 4:
Dependendo da nova tarefa de aplicação em LabVIEW, o
Dependendo da nova tarefa de aplicação em LabVIEW, o modelo pode ser simulado com dife-modelo pode ser simulado com dife-
rentes solucionadores. Se o modelo deve ser calculado com um solucionador LabVIEW de passo
rentes solucionadores. Se o modelo deve ser calculado com um solucionador LabVIEW de passo
fixo, ele deve ser testado em SimulationX com um solucionador de passo fixo também. Um
fixo, ele deve ser testado em SimulationX com um solucionador de passo fixo também. Um
ponto crítico nesse sentido é o caso em que
ponto crítico nesse sentido é o caso em que o êmbolo vai para os o êmbolo vai para os batentes de extremidade dobatentes de extremidade do
cilindro. Isto é devido ao fato de que o modelo se torna rígido, nesse ponto de operação. Os
cilindro. Isto é devido ao fato de que o modelo se torna rígido, nesse ponto de operação. Os
passos seguintes devem ser dados para realizar
passos seguintes devem ser dados para realizar este teste:este teste:
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InicialmenteInicialmente, selecione o solucionador de passo fixo usando o , selecione o solucionador de passo fixo usando o menu “menu “Simulation -Simulation -Transient Settings
Transient Settings ...”, guia “ ...”, guia “SolverSolver”.”.
Figura 5:
Figura 5: Controle deControle de
Simulação - Solucionador
Simulação - Solucionador
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Altere as configurações de tamanho do passo de acordo com a Altere as configurações de tamanho do passo de acordo com a figura a seguir.figura a seguir.Figura 6:
Figura 6: Controle deControle de
Simulação - Geral
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Para levar o pistão a ambos os batentes, em primeiro lugar carregue a porta esquerda do cilindro com pressão, seguido por outra porta posteriormente. Portanto, a válvula proporcional tem de ser conduzida primeiro com um sinal de entrada negativo e depois com um positivo. Digite a instrução “if time > 0.5 then 1 else -1” para o parâmetroFdo bloco de função ValveInput.
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Execute a simulação.•
Os resultados de simulação para o curso do êmbolo e as pressões da câmara de cilindro são mostrados na Figura 7 e na Figura 8.xPiston - diffCylinder1 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 mm 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 s
Figura 7: Resultados de Simulação do Curso do Pistão
pA - cilindroDif1 pB - cilindroDif2 0 20 40 60 80 100 120 140 bar 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 s
Figura 8: Resultados da Simulação das Pressões da Câmara A e da Câmara B
A fim de verificar a correção dos resultados, o modelo deve ser simulado usando tamanhos menores de passo ou um dos solucionadores de tamanho variável do SimulationX.
Para usar a entrada de pinos x de ValveInput no LabVIEW como entrada do modelo, o
enunciado “if time > 0.5 then 1 else -1” tem que ser substituído pelo termo “self.x”, que
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Exportação do Código-CPara exportar o modelo, abra o Code Export Wizard através do menu “ Export-C-Code”. Na
primeira página, selecione LabVIEW Control Design & Simulation como tipo de projeto, digite um nome de projeto e selecione um diretório de destino:
Na página seguinte, selecione as entradas que estarão disponíveis em LabVIEW
Para acessar os parâmetros do modelo após a exportação, selecione propDirValve43.D epres- sure.pSrc como parâmetros na próxima página do assistente.
Passando à página do assistente, o compilador SimulationX Modelica simplifica o modelo e gera o código-C no diretório de destino.
Na página de Pós-Processamento, a DLL que fará a importação para LabVIEW deve ser compilada pressionando o botão “Build”.
Se a caixa de lista do compilador está vazia no seu computador, instale um dos seguintes compi- ladores Microsoft:
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Microsoft Visual C/C + + 6•
Microsoft Visual C/C + + 2003, 2005, 2008, ou 2010•
Microsoft Visual C/C + + Toolkit 7.0 (grátis)•
Microsoft Visual C/C + + 2008 Express Edition (grátis)Como alternativa, abra o arquivo de projeto gerado CylinderDrive_LabVIEW.dsw no diretório de destino e compile a DLL diretamente no seu Developer Studio da Microsoft.
Agora estamos prontos para incorporar o modelo exportado em um LabVIEW VI.
Incorporando o modelo exportado dentro do LabVIEW
1. Abra o LabVIEW
2. Crie um novo VI (menu » File » New VI)
3. Salvar como CylinderDrive_Simulation.vi 4. Abra Menu»View »Functions
5. Vá para Control Design and Simulation» Simulation
6. Selecione Control & Simulation Loop e transfira-o para o Diagrama de Blocos
Figura 10: Control&Simulation Loop Implementado
7. As configurações do Solucionador, como o método de solução usado, tamanhos de passo
e tempo de simulação final podem ser alteradas na caixa de diálogo de parâmetros da malha de controle de simulação (clique duplo na caixa superior esquerda). No nosso exemplo, o método de solução é alterado para o método solucionador de Runge-Kutta 4 de passo fixo. O tamanho do passo é reduzido a 5e-4 seg e o parâmetro Tempo Final é definido como 1 seg. Feche a caixa de diálogo de Parâmetros de Simulação com OK.
8. Aumente o tamanho do bloco, porque alguns blocos devem ser colocados no laço
Control&Simulation.
9. Insira um External Modelde Control Design and Simulation » Simulation » Utilities.
Figura 12: Modelo Externo Adicionado
11. Mude Icon Style para Express para mostrar os nomes de entrada e de saída do modelo externo.
12.Criando o controlador
Para controlar o acionamento do cilindro, um Controlador PIDT1 deve ser implementado. O controlador será criado utilizando elementos básicos fornecidos pelo LabVIEW.
Entrada 1 Soma de Control Design and Simulation » Simulation » Signal Arithmetic
Conecte a saída sensor1.x do modelo externo com a entrada negativa do elemento Soma
Crie um Controle para o valor estabelecido no pino de entrada positivo do elemento Soma, renomeie-o como SetValue
Insira um Bloco Transfer Function para Controller Dynamics: PT1 Transfer Function com constante de tempo 0,5ms (a1 = 0,005) e b0 =
-1 de Control Design and Simula- tion » Simulation » Continuous Linear Systems
Insira 3 elementos de Multiplicação de Control Design and Simulation » Simulation » Signal Arithmetic
Insira um elemento Derivador e um Integrador de Control Design and Simulation » Simulation » Conti- nuous Linear Systems
Insira 3 elementos de Controle para Controller parameters Gain,
Derivative Time e Integrating Time Insira uma carta SimTimeWave- form para mostrar os resultados do SimulationX de snsor1.x. Reno- meie-o comoDisplacement
13.Ajustando os valores padrão aos controles
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Clique com o botão direito do mouse em SetValue no Front Panel14.
14.Configuração do formato da apresentação no Configuração do formato da apresentação no gráfico Displacementgráfico Displacement
•
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Clique com o botão Clique com o botão direito do mouse em Displacement Chart, Propertiesdireito do mouse em Displacement Chart, Properties15.
15.Execute o VI Execute o VI (Menu>>Operate(Menu>>Operate>>Run)>>Run)
Figura 13:
Estudos de Variantes em LabVIEW
Estudos de Variantes em LabVIEW
Agora o LabVIEW pode ser usado para analisar o modelo com diferentes ajustes de parâmetros.
Agora o LabVIEW pode ser usado para analisar o modelo com diferentes ajustes de parâmetros.
Para isto, executamos o modelo com diferentes parâ
Para isto, executamos o modelo com diferentes parâmetros de Ganho, por exemplo, 10, 100 e 200.metros de Ganho, por exemplo, 10, 100 e 200.
Figura 14:
Figura 14: Resposta do curso do pistão do acionamento do cilindro a um passo de 0,1m (GanhoResposta do curso do pistão do acionamento do cilindro a um passo de 0,1m (Ganho == 10) 10)
Figura 15:
Figura 16:
Figura 16: Resposta do curso do pistão do Resposta do curso do pistão do acionamento do cilindro a um passo de acionamento do cilindro a um passo de 0,1m (Ganho0,1m (Ganho== 200) 200)
Resumo
Resumo
Finalmente, vamos retomar alguns pontos sobre os
Finalmente, vamos retomar alguns pontos sobre os benefícios deste tutorialbenefícios deste tutorial
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Você aprendeu como exportar um modelo SimulationX usando o Você aprendeu como exportar um modelo SimulationX usando o Assistente deAssistente deExportação de código. Entradas, saídas e parâmetros que devem estar disponíveis no
Exportação de código. Entradas, saídas e parâmetros que devem estar disponíveis no
LabVIEW podem ser selecionados no Code
LabVIEW podem ser selecionados no Code Export Wizard.Export Wizard.
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Foi salientado que um modelo que vai ser exportado deve ser testado para Foi salientado que um modelo que vai ser exportado deve ser testado para resultadosresultadoscorretos dentro do SimulationX antes de iniciar
corretos dentro do SimulationX antes de iniciar a exportação do código.a exportação do código.
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DemonstramoDemonstramos como importar e s como importar e utilizar esse modelo para utilizar esse modelo para o LabVIEW utilizando oo LabVIEW utilizando oControl Design and Simulation Module.
Control Design and Simulation Module.
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Você sabe como adicionar controles e indicadores no LabVIEW para fazer uma simulaçãoVocê sabe como adicionar controles e indicadores no LabVIEW para fazer uma simulaçãovariante interativa.
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