KSIS-PP Poznań 2009 I. OPIS OGÓLNY. KONFIGURACJA I UŻYTKOWANIE

Transkrypt

1 Stanowisko Analogowy emulator systemów dynamicznych KSIS-PP Poznań 009 I. OPIS OGÓLNY. KONFIGURACJA I UŻYTKOWANIE Podstawowe elementy składowe stanowiska : ) analogowy emulator systemów dynamicznych zbudowany z wykorzystaniem układu scalonego MAX (dwie sekcje filtrów analogowych), ) karta I/O (wejścia-wyjścia): PCI-DAS 0/, ) komputer PC ze środowiskiem graficznym VisSim i nakładką RealTimePRO. Opis budowy i działania stanowiska. Moduł analogowy służy do emulacji wielowymiarowych lub jednowymiarowych procesów dynamicznych o stałych bądź zmiennych własnościach dynamicznych. Konstrukcja modułu emulatora jest oparta o układ scalony MAX zawierający w strukturze dwie niezależne sekcje filtrów analogowych. Własności dynamiczne torów dynamiki filtrów są określone poprzez wartości zewnętrznych elementów rezystancyjnych. Emulator posiada wyprowadzony zestaw potencjometrów oraz przełączników, za pomocą których można dokonać ręcznej zmiany własności wybranego toru dynamiki (opis funkcji poszczególnych potencjometrów i przełączników zawiera tabela ). Każdy filtr z dedykowanym zestawem potencjometrów i przełączników tworzy tzw. sekcję emulatora (Sekcja a oraz Sekcja b). Każda sekcja posiada dwa sygnały wejściowe sterujące (U, U) oraz trzy sygnały wyjściowe (Y,Y,Y). Dodatkowo emulator wyposażono w dwa niezależne źródła analogowego szumu losowego (wyjścia Na i Nb). Sekcje można wykorzystywać niezależnie jako dwa systemy SISO/MIMO, bądź można łączyć sygnały obu sekcji w konfiguracji szeregowej lub równoległej tworząc systemy bardziej złożone (np. wyższego rzędu). Łączenie szeregowe jest realizowane poprzez połączenie wybranych sygnałów wyjściowych jednej sekcji z wybranymi wejściami sekcji drugiej. Konfigurację równoległą umożliwia dodatkowy zestaw dwóch sumatorów analogowych (Sum, Sum) o czterech wejściach każdy. Sumując wybrane wyjścia obu sekcji lub wybranej jednej sekcji filtru istnieje możliwość realizacji konfiguracji równoległych torów dynamicznych o różnych właściwościach. Sumatory mogą służyć także do dodania szumu losowego do sygnału wyjściowego lub też do realizacji zakłócenia z torze sterowania. Widok ogólny emulatora ilustruje rys.. Moduł emulatora spełnia rolę obiektu dynamicznego (jest to rzeczywisty obiekt analogowy) o nieznanych i potencjalnie zmiennych własnościach dynamicznych (zmiana położenia potencjometrów i KSIS-PP 009

2 przełączników zewnętrznych skutkuje zmianą parametrów dynamiki obiektu). Komputer PC wraz z oprogramowaniem VisSim+Real-TimePRO umożliwia implementację różnych algorytmów sterowania lub identyfikacji rekurencyjnej w tzw. systemie szybkiego prototypowania. Komputer spełnia rolę szeroko rozumianego układu sterowania i nadzoru. Karta wejścia-wyjścia pozwala na wymianę sygnałów między modułem emulatora a oprogramowaniem VisSim w czasie 'rzeczywistym'. wskaźnik stanu zasilania przełącznik zmiany konf iguracji Z0: gniazdo zasilania i sy gnał DSig przełącznik zmiany konf iguracji (Sekcja b) Pa: potencjometr amplitudy szumu przełącznik sy gnału Dsig Z: gniazdo sy gnałowe (Sekcja b) : gniazdo sy gnałowe (sumatory ) Pa: potencjometr zmiany tłumienia Pa: potencjometr zmiany pulsacji Pb - Pb: Sekcja b : gniazdo sy gnałowe Rys. Widok ogólny emulatora z opisem elementów płyty czołowej i tylnej Rysunek przedstawia schemat połączeń i przepływu sygnałów w systemie. Nazwy sygnałów zawarte na schemacie oraz pozostałe sygnały dostępne w systemie zebrano w Tabeli. KSIS-PP 009

3 sygnały sterujące: Ua, Ua, Ub, Ub sygnały pomocnicze: DSig karta I/O (PCI-DAS0/) sygnały zwrotne: Ya, Ya, Ya, Yb, Yb, Yb SumOut, SumOut, Na, Nb wymiana danych karta I/O VisSim PC system ZB VisSim+RealTimePRO Rys. Schemat blokowy systemu szybkiego prototypowania (nazwy sygnałów wg TABELI ) TABELA. Opis funkcji potencjometrów i przełączników na płycie czołowej modułu emulatora Potencjometr/ Opis Przełącznik Pa,b Potencjometr zmiany pulsacji drgań własnych nietłumionych ωn Pa,b Potencjometr zmiany względnego współczynnika tłumienia ξ Pa,b Potencjometr zmiany amplitudy szumu losowego (skrajna pozycja P rozłącza tor szumu) Sa,b Przełącznik zmiany konfiguracji wyjść Ya,b oraz Ya,b (zmiana znaku Y) DSig Ręczna zmiana stanu uniwersalnego binarnego sygnału cyfrowego KSIS-PP 009

4 TABELA. Zestawienie sygnałów wejściowych i wyjściowych modułu L.p. Nazwa Typ sygnału Kierunek (wg ustawień karty I/O)* (względem modułu) Złącze Opis Ua wejście sterujące sekcji a Ua wejście sterujące sekcji a Ya wyjście (-LP-BP) sekcji a Ya wyjście BP (Band-Pass) sekcji a Ya OUT(wyjście) wyjście LP (Low-Pass) sekcji a Sum IN(wejście) wejście sumatora Na OUT(wyjście) wyjście generatora szumu losowego sekcji a Ub Z wejście sterujące sekcji b 9 Ub Z wejście sterujące sekcji b 0 Yb Z wyjście (-LP-BP) sekcji b Yb Z wyjście BP (Band-Pass) sekcji b Yb OUT(wyjście) Z wyjście LP (Low-Pass) sekcji b Sum IN(wejście) Z wejście sumatora Nb OUT(wyjście) Z wyjście generatora szumu losowego sekcji b SumOut wyjście sumatora (suma Sum do Sum) SumOut wyjście sumatora (suma Sum do Sum) Sum wejście sumatora (uniwersalne) Sum wejście sumatora (uniwersalne) 9 Sum wejście sumatora (uniwersalne) 0 Sum wejście sumatora (uniwersalne) Sum wejście sumatora (uniwersalne) Sum wejście sumatora (uniwersalne) DSig Cyfrowy TTL Z sygnał uniwersalny zewnętrzny (pozostawiony do wykorzystania przez użytkownika) *Sygnały analogowe łączone z kartą I/O w trybie 'Single Ended' KSIS-PP 009

5 Szczegóły konfiguracji modułu emulatora. Podstawowymi elementami modułu emulatora są dwie sekcje filtrów analogowych (a i b) przedstawione schematycznie jako systemy dynamiczne MIMO na rysunku. Sygnał sterujący U jest podstawowym sygnałem wejściowym, dla którego znane są struktury transmitancji w torach dynamicznych U Y, U-Y oraz U-Y (struktury te przedstawiono we wzorach () do ()). Dwie wersje transmitancji G oraz G wynikają ze stanu przełącznika zmiany konfiguracji (patrz rys. ), przy czym GN i GN dotyczy stanu '-' przełącznika, natomiast GP i GP stanu '+' (stany przełącznika przedstawiono na schemacie ideowym dołączonym do dokumentacji). Wartości parametrów transmitancji () do () dla każdej z sekcji filtrów są funkcją położenia pokręteł potencjometrów P i P wyprowadzonych na płytę czołową modułu emulatora Ua Ya Ya Ya Ga s, pa Ua Filtr Sekcji a Ub Gb s, pb Yb Yb Yb Filtr Sekcji b Ub wyjściowe sygnały regulowane wejściowe sygnały sterujące (patrz rys. oraz schematy ideowe dołączone do dokumentacji). Rys. Schemat blokowy dwóch sekcji filtrów analogowych emulatora G s G N s GN s K n s n s n K n s Y N s s n s n U s n K s K s n s n Y N s U s Y s U s () G P s K n s Y P s s n s n U s GP s n K s K Y s s n s n U s () P () Oprócz sekcji filtrów zrealizowano także dwa uniwersalne sumatory analogowe: Sum oraz Sum. Sygnały wyjściowe sumatorów (SumOut, SumOut) stanowią sumę wszystkich czterech sygnałów wejściowych sumatora zgodnie z poniższymi zależnościami: SumOut Sum + Sum + Sum + Sum SumOut Sum + Sum + Sum + Sum Do wejść sumatorów można doprowadzić dowolny z sygnałów analogowych dostępny w systemie, aby zrealizować żądaną konfigurację złożoną. KSIS-PP 009

6 II. WYBRANE DANE TECHNICZNE Poniżej przedstawiono tablicę z przypisaniem numerów kanałów sygnałów analogowych i cyfrowych na złączach taśmowych karty I/O typu PCI-DAS 0/. Tabela przedstawia przyporządkowanie poszczególnych sygnałów karty I/O do żył taśmy sygnałowej przedłużacza łączącego moduł emulatora ze złączem oryginalnej taśmy karty I/O. Nazwy kolumny pierwszej są pomocne w dokonaniu właściwej konfiguracji bloków wejść-wyjść na schemacie VisSim. Druga kolumna pozwala na podłączenie właściwej żyły taśmy przedłużacza do żądanego złącza modułu. KSIS-PP 009

7 TABELA. Zestawienie połączeń przewodu wielożyłowego z kanałami karty I/O Nazwa sygnału karty I/O Kolor żyły w przewodzie GND NIEBIESKI SSH OUT CZERWONY D/A OUT CZARNY D/A OUT0 BIAŁY CH HI ZIELONY CH HI BRĄZOWY CH HI ŻÓŁTY CH HI CZERWONY CH HI NIEBIESKI CH HI CZARNY CH0 HI BIAŁY LLGND ZIELONY Sekcja b Sekcja a U Z Sumatory NC DSig +V GND SumOut Sum Sum Sum SumOut Sum Sum Sum Nb Yb Yb Yb Sum Ub Ub GND Na Ya Ya Ya Sum Ua Ua GND Rysunek przedstawia tabliczkę informacyjną umieszczoną na górnej osłonie modułu emulatora. Z0 Y System dynamiczny MIMO N KSIS-PP 00: Sekcja a Sekcja b Pa Sa Pb Sb ON Pa Pa Pb Pb DSig Rys. Tabliczka informacyjna modułu (Sa i Sb oznaczają przełączniki zmiany konfiguracji) KSIS-PP 009

8 Do niniejszego dokumentu dołączono także:..... schematy obwodów elektrycznych modułu schematy ideowe konfiguracji modułu kartę katalogową układu MAX -* (plik *.pdf) instrukcję do karty PCI-DAS 0/ (plik *.pdf) instrukcje do oprogramowania VisSim oraz nakładki RealTimePRO (pliki *.pdf) *W module wykorzystano konfigurację z rys. (Figure ), str. Aktualizacja: opracowanie: Maciej Michałek KSIS-PP 009