Reconocimiento de Sistemas Lineales con LabVIEW

Univ. Alvaro Ruben Hurtado Maldonado. Universidad Tecnica de Oruro

18 de mayo de 2015

Indice

1. Introduccion 11.1. Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, LabViEW . . . . 1

1.1.1. Front Panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.2. Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2. Lenguaje Grafico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3. National Instruments USB-6218 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2. Adquisicion de datos con la tarjeta NI USB-6218 y labVIEW 4

3. Reconocimiento de Sistemas Lineales en labVIEW 5

4. Reconocimiento del Sistema del kit educativo ELWE 6

1. Introduccion

Este manual esta preparado como apoyo a los vıdeo tutoriales preparados para elreconocimiento de sistemas lineales empleando LabVIEW y presenta una descripcion delos elementos empleados para dicho proposito.

1.1. Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, Lab-ViEW

LabVIEW es una plataforma de diseno de sistemas y ambiente de desarrollo paraun lenguaje de programacion visual desarrollado por National Instruments. El lenguajeempleado para el desarrollo se llama lenguaje G. LabVIEW es normalmente empleadopara adquisicion de datos, control de instrumentos y automatizacion industrial.

LabVIEW emplea programas y subrutinas llamados Instrumentos Virtuales cadauno de los cuales tiene un bloque en el bloque frontal o en el diagrama de bloques.

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1.1.1. Front Panel

El panel frontal es la interfaz que utiliza el usuario para hacer control o recibirindicadores es decir es el medio por el cual introducir entradas y obtener salidas (oresultados) del sistema digital y real. La figura 1 muestra la disposicion de opciones delFront Panel y un instrumento Virual, el Indicador del Graficador de forma de onda.

Figura 1: Panel Frontal

1.1.2. Block Diagram

Para seleccionar la grafica a desplegar es necesario hacer llegar los puntos a desplegaren el graficador de forma de onda, esto se hace por medio de un diagrama de bloques enla ventana de Diagrama de Bloques, la figura 2 muestra la disposicion de opciones en estaventana y el bloque de control del graficador de forma de onda.

1.2. Lenguaje Grafico

El lenguaje de LabVIEW es enteramente grafico, por lo cual las funciones de estable-cer y adquiris datos en los determinados objetos son realizadas mediante conexiones desalida a entrada, la figura 3 muestra el esquema de conexion de bloques para una adqui-sicion de datos sencilla, para la misma el bloque de adquisicion de datos, DAQAssistant,esta conectado al bloque graficador, WaveformGraph, lo cual indica que los datos de laadquisicion de datos seran desplegados en la grafica.

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Figura 2: Diagrama de Bloques

Como por lo general se realiza esta accion de forma indeterminada, todo el sistemaesta dentro de un ciclo while cuyo unico control es la parada de ejecucion y detendra elprograma cuando el asistente deje de adquirir datos analogos.

El pulsador de parada en el diagrama de bloques permite al usuario controlar el mo-mento de culminacion de la adquisicion de datos y tiene un control en el Panel Frontal.

Figura 3: Diagrama de Bloques para la adquisicion de datos

1.3. National Instruments USB-6218

De acuerdo con [4] la tarjeta cuenta con un maximo de hasta 32 entradas analogas de16 bits con una traza de muestreo de hasta 250kS/s. La tarjeta tambien cuenta con dossalidas analogas de 16 bits, 8 entradas digitales y 8 salidas digitales. La figura 4 meustrala distribucion de entradas y salidas.

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Figura 4: Descripcion de pines de la tarjeta NI USB-6218 de National Instruments

2. Adquisicion de datos con la tarjeta NI USB-6218

y labVIEW

La tarjeta de Adquisicion de datos NI USB-6218 permite adquirir valores analogos ydigitales, los mismos pueden ser adquiridos y procesados en LabVIEW.

Para la adquisicion de los valores se requieren de los siguientes bloques:

DAQ Assistant, Asistente de Adquisicion de datos, (Block Diagram: SignalExpress→ Acquire Signals → DAQAssistant).

While loop, Ciclo While, (Block Diagram: Programming → Structures → Whileloop).

Waveform graph, Grafico de forma de onda, (Front Panel: Express → Graph Indi-cators → Waveform Graph).

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La distribucion y conexion de los elementos en el diagrama de bloques es el mostradoen la figura 3.

3. Reconocimiento de Sistemas Lineales en labVIEW

Con la cantidad apropiada de datos es posible proceder con el reconocimiento delsistema agregando algunos bloques extra, estos son:

Write to Measurement File.- Escritura en arcuivo de Mediciones (Panel View: Pro-gramming → File IO)

Convert from dynamic data.- Conversor de los datos dinamicos adquiridos por el lec-tor de medicion a formato de forma de onda unidimensional de LabVIEW (Express→ Sig manip → from DDT).

Index Array, para separar las columnas de entrada y salida del sistema (Program-ming → Array → Index Array)

SI Estimate Transfer Function Model (Control Design and Symulation → SystemIdentification → Parametric Model Estimation → SI Estimate Transfer FunctioncModel)

Draw Model (Control Design and Symulation → System Identification → Utilities→ Draw Model)

Elapsed Time.- Para controlar el tiempo de adquisicion de datos, (Express → ExecControl → Elapsed Time)

Finalmente creamos algunos controles e indicadores de los instrumentos virtuales paratener control sobre el orden del numerador y denominador de la funcion de transferenciao el tiempo de ejecucion de nuestro programa.

El diagrama de conexion de los bloques es el mostrado en la figura 5 mientras que elPanel Frontal es mostrado en la figura 6, en este ultimo se puede dar inicio y finalizaciona la simulacion, adquirir los datos, ingresar el orden de la funcion y reconocer el modelodel sistema.

El sistema fue empleado primeramente para reconocer el modelo de un circuito RCsimple de forma que la funcion de transferencia puede ser obtenida de forma analıtica yes igual a:

HRC(s) =1

1 + sRC

Luego para una resistencia de 1kΩ y un condensador de 2200µF

HRC(s) =1

1 + 2,2s

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Figura 5: Reconocimiento de sistemas lineales, Diagrama de Bloques

La funcion de transferencia obtenida por el sistema fue:

HRC(s) =0,97114 + 0,139397s

1 + 2,09102s+ 0,000147748s2

4. Reconocimiento del Sistema del kit educativo EL-

WE

El laboratorio de Control e Instrumentacion posee un kit educativo que simula unhorno y traduce su senal de temperatura a una senal de 0 a 5V, se empleo el sistemadesarrollado para obtener la funcion de transferencia del mismo, resultando en:

HRC(s) =0,0468853− 0,00432398s

1 + 0,503514s+ 1,01444 ∗ 10−6s2

Una vez obtenidas las muestras y la funcion de transferencia es posible hacer una com-paracion en LabVIEW o incluso exportar los datos a otros programas como ser MATLABpara futuros analisis. Es necesario tomar en cuenta el no saturar a la computadora con aadquisicion de datos.

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Figura 6: Reconocimiento de sistemas lineales, Panel Frontal

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Referencias

[1] Recursos Web. National Instruments http://www.ni.com/labview/esa/

[2] Getting Started with LabVIEW. National Instruments. Agosto, 2007

[3] System Identification and Estimation in LabVIEW. Hans-Petter Halvorsen. TelemarkUniversity College, Agosto, 2011.

[4] Bus-Powered M Series Multifunction DAQ for USB - 16bit. National Instruments,Technical sales.

[5] Tutorial LabVIEW Funcion de Transferencia. Univ. Ivan Marcelo Javier Coca. La-boratorio de Control e Instrumentacion, Carrera de Ingenierıa Electrica IngenierıaElectronica. Universidad Tecnica de Oruro.

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