elt 2692 sistemas de control ii laboratorio no. 3...
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LABORATORIO DE CONTROL E INSTRUMENTACION 1
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELÉCTRICA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA
LABORATORIO DE CONTROL E INSTRUMENTACIÓN
ELT 2692 SISTEMAS DE CONTROL II
LABORATORIO No. 3
MODELADO Y RESPUESTA DE SISTEMAS LINEALES
MEDIANTE LABVIEW Y LA DAQ NI USB 6218
3.1. OBJETIVOS.
Realizar el montaje y medición de los sistemas lineales de: primer, segundo, tercer, y
cuarto orden realizado físicamente mediante amplificadores operacionales (A.O.),
aplicando el computador analógico.
Obtener el modelo matemático de los sistemas lineales de: primer, segundo, tercer y
cuarto orden en forma analítica.
Observar el comportamiento de la respuesta de los sistemas para un ingreso escalón,
midiendo los tiempos y constantes característicos en base a la tarjeta de adquisición de
datos NI USB-6218 y el software LABVIEW de National Instruments.
Identificar los parámetros (a0, a1, a2, … , an y b0, b1, b2, … , bm) de las funciones
de transferencia de los sistemas propuestos, mediante el software LABVIEW y la
tarjeta de Adquisición de datos NI USB-6218 .
3.2. FUNDAMENTO TEÓRICO.
La adquisición de datos o adquisición de señales, consiste en la toma de muestras del mundo
real (sistema analógico) para generar datos que puedan ser manipulados por un ordenador u
otras electrónicas (sistema digital). Consiste, en tomar un conjunto de señales físicas,
convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una
computadora. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la señal a niveles
compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital. El elemento que hace
dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de adquisición de datos (DAQ).
En este laboratorio se estudiara la aplicación de la tarjeta de adquisición de datos NI USB-
6218 de National Instruments y el software LABVIEW, para la identificación del modelo
matemático de los sistemas lineales de: primer, segundo, tercer y cuarto orden; los mismos
que se implementarán físicamente en el computador analógico constituido por amplificadores
operacionales, resistencias, capacitores, diodos; con los cuales se puede realizar las
operaciones de amplificación, suma, resta, integración, derivación, multiplicación, división y
extracción de raíz cuadrada, asimismo, se pueden realizar sistemas de primer, segundo, tercer,
cuarto, quinto y sexto orden.
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La tarjeta de adquisición de datos DAQ NI USB-6218, tiene 32 entradas analógicas de 16
bits, y una velocidad de muestreo de 250kS/s y el software LABVIEW (Laboratory Virtual
Instrument Engineering Workbench), permite la observación del comportamiento de la
respuesta de los sistemas indicados mediante un programa que se adjunta en esta guía de
laboratorio en el punto 3.3 del desarrollo, como un tutorial para la identificación de funciones
de transferencia.
Las características de la tarjeta de adquisición de datos DAQ NI USB-6218:
o 32 analog inputs (16-bit, 250 kS/s)
o 2 analog outputs (16-bit, 250 kS/s); 8 digital inputs; 8 digital outputs; two 32-bit counters
o 60 V CAT I isolation for improved accuracy and safety; built-in signal connectivity
o NI signal streaming for sustained high-speed data streams over USB; OEM version available
o Compatible with LabVIEW, LabWindows™/CVI, and Measurement Studio for Visual Studio
.NET
o NI-DAQmx driver software and NI LabVIEW SignalExpress LE interactive data-logging
software
Fig. 1 Tarjeta de adquisición de datos
LABORATORIO DE CONTROL E INSTRUMENTACION 3
3.3 DESARROLLO.
El desarrollo de este laboratorio es grupal, se conformarán grupos de trabajo para la
ejecución y análisis de cada uno de los sistemas:
1.- Cada grupo debe deducir el modelo matemático que describe el comportamiento de la
salida del sistema que se les asigno, sistemas que se muestran en las figuras 1, 2, 3, 4 y 5 de
la guía. Asimismo, hallar la solución analítica de los mismos para un ingreso escalón de
amplitud -5V.c.c.
2.- Los grupos deben montar los circuitos de las figuras 1, 2, 3, 4 y 5 en el computador
analógico (de acuerdo al circuito asignado). Se tratan de sistemas de primer, segundo, tercer y
cuarto orden respectivamente. En estos circuitos, utilice lo siguientes valores de resistencias y
capacitancias: R = 100K, C = 4,7µF y C1=1µF.
3.- En cada uno de los sistemas, introduzca un ingreso escalón de -5V de amplitud. Con la
ayuda de la tarjeta de adquisición de datos determinar: el comportamiento de la respuesta y el
modelo matemático más adecuado. Realice varias pruebas y elija el mejor. Las conexiones del
computador analógico y DAQ se deben realizar como se aprecia en la siguiente figura. Las
gráficas del comportamiento y modelo matemático deben estar adjuntas al informe.
4.- Posteriormente varie los valores de resistencia R, capacitancias C y C1; con estos valores
determine la respuesta y el modelo matemático para un ingreso escalón de -5V. (Realice por
lo menos 4 variaciones).
5.- Con los valores de R = 100K, C = 4,7µF y C1=1µF, en los circuitos de las figuras 1, 2,
3, 4 y 5 mediante un generador de señales, introducir una señal sinusoidal, onda cuadrada y
onda triangular que tenga un pico máximo de 5V y la frecuencia adecuada (f = 0.5 Hz). Con
la tarjeta de adquisición de datos determinar y observar el comportamiento de la salida..
6.- Con la ayuda del siguiente tutorial realice el programa para hallar el modelo matemático o
función de transferencia:
TUTORIAL LABVIEW FUNCION DE TRANSFERENCIA
DOBLE CLICK EN National Instrumentacion
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CLICK DERECHO EN PANTALLA BLANCA
CLICK EN Adquire signals
CLICK EN DAQ Assistant
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CLICK DERECHO EN PANTALLA BLANCA
CLICK EN DOBLE FLECHA QUE SE ENCUENTRA EN LA PARTE INFERIOR DEL BLOQUE
SELECCIONE Programming
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SELECCIONE File I/O
CLICK EN Write To Measurement File
ARRASTRE A LA PANTALLA BLANCA
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CLICK DERECHO EN Front Panel (LA PANTALLA PLOMA)
SELECCIONE: Graph
CLICK EN Waveform Chart
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CLICK DERECHO EN Block Diagram (PANTALLA BLANCA)
SELECCIONE: Express
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CLICK DERECHO EN Block Diagram (PANTALLA BLANCA)
CLICK EN DOBLE FLECHA
SELECCIONE: Programamming
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SELECCIONE: Structures
CLICK EN While Loop
REMARQUE LOS BLOQUES
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CLICK DERECHO EN Block Diagram (PANTALLA BLANCA)
SELECCIONE: Programming
SELECCIONE: File I/O
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CLICK EN Read From Measurement File
SE DESPLEGARA: Read From Measurement File.
CLICK DERECHO EN Block Diagram (PANTALLA BLANCA) Y CLICK EN DOBLE FLECHA
QUE INDICA HACIA ABAJO
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SELECCIONE: Express.
SELECCIONE: Sig Manip (Signal Manipulation)
CLICK EN Convert to Dynamic Data
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DESPLAZAR Convert to Dynamic Data a los bloques que ya se tienen.
CLICK EN OK
CLICK DERECHO EN Block Diagram (PANTALLA BLANCA) Y CLICK EN DOBLE FLECHA
QUE INDICA HACIA ABAJO.
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SELECCIONE: Programming.
SELECCIONE: Array.
CLICK EN Index Array
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DESPLAZAR DONDE SE ENCUENTRAN LOS BLOQUES
CLICK DERECHO EN Block Diagram (PANTALLA BLANCA) Y CLICK EN DOBLE FLECHA
QUE INDICA HACIA ABAJO.
SELECCIONE: Control Design & Simulaction.
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SELECCIONE: System Ident...
SELECCIONE: Parametric Model Estimation.
CLICK EN SI Estimate Transfer Function Model.vi.
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DESPLAZAR SI Estimate Transfer Function Model.vi Y ESPERAR A QUE APARESCA EL
BLOQUE.
CLICK DERECHO EN Block Diagram (PANTALLA BLANCA) Y CLICK EN DOBLE FLECHA QUE INDICA HACIA ABAJO.
SELECCIONE: Control Design & Simulaction.
SELECCIONE: System Ident...
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SELECCIONE: Utilities
CLICK EN SI Draw Model.vi
ARRASTRAR A LA PANTALLA Diagram Block.
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CLICK DERECHO EN Block Diagram (PANTALLA BLANCA) Y CLICK EN DOBLE FLECHA QUE INDICA HACIA ABAJO.
SELECCIONE: System Ident...
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SELECCIONE: Model Validation
CLICK EN SI Model Simulation.vi
ARRASTRE A LA PANTALLA Diagram Block.
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CLICK EN EL BLOQUE Build Array Y ARRASTRE EN PANTALLA Block Diagram
CLICK EN Subtract Y ARRASTRAR EN LA PANTALLA Block Diagram
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CLICK EN Graph Y ARRASTRAR EN EL Front Panel
ENLAZAR LOS Vis EN PANTALLA DE Block Diagram
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CONFIGURE EL VI DEL MODELO MATEMATICO CLICK DERECHO EN EL PIN MODELO Y SELECCIONE INDICADOR
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CONFIGURE EL VI DE ADQUICION DE DATOS DOBLE CLICK EN EL VI DAQ
SELECCIONE LA DIRECCION QUE SE DESEA CONFIGURE LOS DATOS
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Reemplace LOS VIs
CONFIGURE EL VI DE Escritura
CONFIGURE EL VI DE Lectura
SE PUEDE DETALLAR
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EJEMPLO DE APLICACIÓN
Paralelamente se pondrá en la pantalla del panel frontal el siguiente diagrama
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3.4. CUESTIONARIO
El informe es individual y los pasos del desarrollo deben estar incluidos, desde el modelado
analítico hasta la adquisición de datos.
1- Realice el análisis matemático del sistema asignado al grupo para el ingreso escalón de
amplitud – 5V.
2.- Investigue los datos más relevantes del software LABVIEW.
3.- Investigue cual es la tarjeta de adquisición de datos mas actualizada que fabrica la
National Instrument y adjunte sus características técnicas.
4.- Investigue por lo menos dos softwares que permiten simular los circuitos utilizados
(sistemas de primer hasta cuarto orden) en base a los A.O.
6.- Utilice un asistente de sistemas de control (Matlab o Program CC) para verificar y
comparar el comportamiento en el tiempo de los sistemas de primer, segundo, tercer y cuarto
orden asignados al grupo.
3.5. CONCLUSIONES.
Indique ampliamente las conclusiones del laboratorio realizado.
BIBLIOGRAFIA
[1] Katsuhiko Ogata INGENIERIA DE CONTROL MODERNA, cuarta edición. Prentice
Hall Hispanoamericana 2003.
[2] Benjamín C. Kuo AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS, septima edición, Prentice Hall,
1996.
[3] www.ni.com