Realizacja regulatora PID w komputerze PC z kartą akwizycji danych. Opracował na podstawie dokumentacji dr inż. Jarosław Tarnawski

Transkrypt

1 Realizacja regulatora PID w komputerze PC z kartą akwizycji danych Opracował na podstawie dokumentacji dr inż. Jarosław Tarnawski

2 Akwizycja danych Zestaw czynności Pomiar Zamiana na sygnał cyfrowy Zapis

3

4

5

6

7 Oferta NI - kategorie

8 Producenci

9 Advantech kategorie DAQ

10

11 Podstawowe parametry kart DAQ

12

13 Single ended/differential

14 Etapy DAQ Próbkowanie Kwantowanie Kodowanie P.a.-c. przeprowadza się w układzie zw. przetwornikiem analogowo-cyfrowym. Jest ono szeroko stosowane w wielu dziedzinach, ponieważ sygnały cyfrowe w porównaniu z analogowymi są odporniejsze na zakłócenia i zwykle łatwiejsze do przesyłania i przetwarzania, a urządzenia pracujące w systemach cyfrowych łatwiejsze do automatycznego sterowania i współpracy z komputerami. Jest wykorzystywane m.in. w telekomunikacji (np. w systemach telewizji cyfrowej, telefonii cyfrowej), elektroakustyce (w magnetofonach i gramofonach cyfrowych, systemach CD i DVD), metrologii, systemach sterowania procesami przem., diagnostyce med. (badanie sygnałów fizjol. człowieka).

15 Próbkowanie polega na pobieraniu co pewien czas (zwykle jednakowy) próbek sygnału analogowego i zapamiętaniu ich wartości (np. wartości napięcia w danej chwili); częst. próbkowania sygnału jest określona warunkiem Nyquista, który mówi, że powinna być ona co najmniej 2-krotnie większa od maks. częst. widma sygnału; jest to warunek wiernego odtworzenia sygnału analogowego z jego próbek (np. wierne odtworzenie sygnału akustycznego o granicy słyszalności 20 khz wymaga jego próbkowania z częst. nie mniejszą niż 40 khz, tj. co 25 µs lub częściej). Próbkowanie z częst. mniejszą od częst. Nyquista jest zw. podpróbkowaniem, a próbkowanie z częst. większą (często wielokrotnie) nadpróbkowaniem. W wyniku próbkowania sygnału analogowego otrzymuje się sygnał dyskretny w czasie, w postaci ciągu próbek o wartościach odpowiadających wartościom sygnału w chwilach pobierania próbek.

16 Kwantowanie polega na podzieleniu ciągłego zbioru wartości sygnału na skończoną liczbę sąsiadujących ze sobą przedziałów i ustaleniu poziomów kwantowania (tj. określonych wartości z każdego przedziału, reprezentujących wszystkie wartości w tym przedziale), a następnie przypisaniu każdej próbce odpowiedniego (najbliższego) poziomu kwantowania; różnica między rzeczywistymi wartościami próbek sygnału a przypisanymi im poziomami kwantowania określa błąd kwantowania (jest on tym mniejszy, im większa jest liczba przedziałów kwantowania). Operacja kwantowania prowadzi więc zawsze do straty pewnej liczby informacji zawartej w sygnale analogowym, przy czym strata ta jest tym mniejsza, im bliżej siebie leżą poziomy kwantowania. Jeżeli w kolejnej operacji (tj. kodowaniu) stosuje się kodowanie binarne (w technice stosowane prawie wyłącznie), to liczbę przedziałów kwantowania wybiera się z reguły jako równą 2 n, gdzie n jest liczbą naturalną.

17 Kodowanie polega na przyporządkowaniu poziomom kwantowania (a więc i skwantowanym próbkom) zakodowanych liczb (słów kodowych); w przypadku kodowania binarnego każdemu z 2 n poziomów kwantowania odpowiada słowo kodowe o długości n znaków (cyfr) binarnych, czyli n-elementowy ciąg zer i jedynek (dwójkowy system liczbowy). Na przykład, jeśli zakres zmian analogowego sygnału, będącego przebiegiem napięcia elektr. o wartościach zawartych w przedziale 0 15 mv, podzieli się na 16 = 2 4 poziomów kwantowania, wówczas próbce o wartości 8,2 mv przyporządkowuje się poziom kwantowania 8 mv i słowo kodowe 1000, a próbce o wartości 12,7 mv poziom kwantowania 13 mv i słowo kodowe 1101; sygnał cyfrowy otrzymany w wyniku p.a.-c. może być fizycznie reprezentowany np. przez ciąg impulsów odpowiadających cyfrze 1 i przerw między impulsami odpowiadających cyfrze 0 lub też kombinacją 2 różnych poziomów napięcia reprezentujących te cyfry.

18 Rozdzielczość

19

20

21

22

23

24

25

26 Wyjścia analogowe

27

28

29

30 Counter Counter is not only the function of counting right now, with the development of technology, there will have more and more derivative functions of counter. The derived functions in DAQNavi include Event Counter, Delay Pulse Generation (also known as "One Shot"), Pulse Output with Timer Interrupt (also known as "Timer/Pulse"), Frequency Measurement, Pulse Width Measurement, Pulse Width Modulation (also known as "PWM Output"), Updown counter,snap Counter and Continue Compare.One DAQ device will have one or more these derivative functions.

31

32

33

34 DAQ Navi

35 Scenariusze zastosowania karty

36

37 SDK

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47 Przykładowy kod programu do obsługi wejść analogowych

48

49

50 Pseudokod regulatora

51 Zadania do zrealizowania podczas laboratorium Zapoznanie się ze sposobem połączenia obiektu sterowania z kartą akwizycji Konfiguracja Matlab/Simulink/Real Time Windows Target (RTWT) do realizacji symulacji w czasie rzeczywistym Identyfikacja obiektów sterowania Budowa regulatora PID w środowisku RTWT Budowa programu/aplikacji (niezależnej od M/S) dla Windows z wykorzystaniem karty akwizycji: odczytujących stan wejść analogowych zapisujących (ustawiających) stan wyjść analogowych budowa aplikacji dla Windows realizującej zadania regulatora PID

52 Darmowe, ogólnodostępne oprogramowanie Pliki źródłowe do obsługi karty DAQNavi_SDK_ Pliki nagłówkowe, kompilator SDK 7.1 dla Windows 7 Sposób wykorzystania DAQNavi_SDK_ w SDK 7.1 opisano w instrukcji laboratoryjnej

53

54 SDK

55 Podsumowanie Karty akwizycji umożliwiają realizację zadania akwizycji danych DAQ Karty oprócz wejść analogowych mogą być wyposażone również w wyjścia analogowe i wówczas mogą być użyte do realizacji różnych zastosowań automatyki np. sterowników, regulatorów, estymatorów, filtrów itd. Obsługa kart może być realizowana za pomocą oprogramowania Matalb/Simulink czy LabView jednak są to środowiska dedykowane do badań, szybkiego prototypowania, weryfikacji itd.

56 Oprogramowanie klasy M/S jest drogie w zastosowaniach komercyjnych Obsługa kart akwizycji i ich wykorzystanie w zastosowaniach automatyki może być zrealizowane z wykorzystaniem darmowego oprogramowania w różnych językach programowania np. C#, C++, Java

57 Główne cel modułu Zastosowanie kart akwizycji do wczytywania i wystawiania sygnałów napięciowych w czasie rzeczywistym w środowiskach M/S oraz z konsolowych wersji aplikacji Budowa aplikacji dla Windows realizującej zadania regulatora PID z wykorzystaniem karty akwizycji Advantech PCI-1711

58 Bibliografia ata-acquisition-control/default.aspx hp?module=haslo&id= DAQ Navi