Neues beim NI LabVIEW 8.5 Control Design and Simulation Module

Seit über 20 Jahren bietet die grafische Entwicklungsumgebung LabVIEW von National Instruments Werkzeuge für die Entwicklung und den Einsatz industrietauglicher Controller. Die Kombination des NI LabVIEW PID Controller Toolkit mit den Modulen LabVIEW Real-Time und LabVIEW FPGA ermöglicht die Implementierung industrieller PID-Regelalgorithmen. LabVIEW stellt aber auch die Softwarebibliotheken bereit, die Anwender für die Analyse tatsächlicher Anlagen und das Design und den Einsatz modellbasierter Controller benötigen. Dieser Artikel beleuchtet einige der neuen Funktionen, um die das LabVIEW 8.5 Control Design und Simulation Module die Softwareplattform LabVIEW ergänzt.

Produktzusammenführung

Mit vorherigen Versionen von LabVIEW nutzten Ingenieure das LabVIEW Control Design Toolkit für das Analysieren von Anlagen, das Design von Steuer- und Regelanwendungen sowie die Implementierung. Mit dem LabVIEW Simulation Module konnten sie Offline-Simulationen und Systemimplementierungen durchführen. Um ein noch effizienteres Werkzeug für diese beiden Aufgaben zu schaffen, hat NI diese zwei Produkte zu einem Modul zusammengefasst – dem LabVIEW Control Design and Simulation Module. 

Mit diesem Modul lassen sich Anlagenmodelle analysieren, die aus physikalischen Grundprinzipien oder mithilfe des LabVIEW System Identification Toolkit gewonnen werden. Es enthält eine umfassende Suite an Analysefunktionen wie Sprungantwort im Zeitbereich oder Frequenzbereichsdarstellung. Vor dem Einsatz können sowohl Controller als auch Anlagen mit der Simulationsschleife (s. Abb. 1) simuliert und dann für Anwendungen im Bereich Rapid Control Prototyping oder Hardware-in-the-Loop auf Echtzeitzielsysteme übertragen werden. Das LabVIEW 8.5 Control Design and Simulation Module kombiniert Werkzeuge für Model Predictive Control und analytische PID-Regelung. Darüber hinaus bietet es verbesserte Unterstützung von LabVIEW MathScript.

Abbildung 1: Simulationsschleife

Model Predictive Control (MPC)

Traditionelle Feedback-Controller reagieren auf Veränderungen der Feedback-Größe mit einer entsprechenden Regelung der Stellgröße. Bei Model Predictive Control (MPC), jetzt im LabVIEW Control Design and Simulation Module enthalten, handelt es sich um eine Technik, wobei der Controller Steuer- und Regelaktionen durchführt, noch bevor die Änderung am ausgegebenen Sollwert tatsächlich auftritt. Die voraussagende Fähigkeit ermöglicht in Kombination mit traditionellen Feedback-Operationen, dass ein Controller Anpassungen vornimmt, die nahtloser vonstatten gehen und näher an den optimalen Werten für die jeweilige Steuer- oder Regelaktion sind.

Analytische PID-Regelung (Proportional Integral Derivative) 

Das Bestimmen der optimalen Werte für die Parameter eines PID-Reglers bezeichnet man als Abstimmen des Controllers. Meist ist das ein empirischer Prozess mit vielen Iterationsschritten. Mit dem LabVIEW Control Design and Simulation Module stehen Bibliotheken zur Verfügung, mit denen stabile PID-Parameterwerte für ein gegebenes Anwendermodell automatisch gesucht werden. Man kann auch minimale Werte für Verstärkungsgrad und Phasenwinkel angeben, um die optionalen Leistungsbeschränkungen des PID-Reglers zu spezifizieren.

Abbildung 2: Stabile Reglerparameter für ein System der dritten Ordnung

Verbesserte Unterstützung von LabVIEW MathScript

LabVIEW MathScript erweitert LabVIEW um Funktionen zur mathematikorientierten und textbasierten Programmierung. Wie die grafische Programmierung kann auch LabVIEW MathScript dafür genutzt werden, mit LabVIEW eine Anwendersoftware zu programmieren. Wird LabVIEW verwendet, kann der Anwender selbst wählen, ob er den textbasierten oder den grafischen Ansatz, bzw. eine Kombination beider Methoden, bevorzugt. Das LabVIEW Control Design and Simulation Module kann nahtlos in LabVIEW MathScript integriert werden, so dass hier auch textbasierte mathematische Funktionen für Steuer- und Regelaufgaben zur Verfügung stehen. Das LabVIEW 8.5 Control Design and Simulation Module erweitert die Integration von LabVIEW MathScript durch 18 neue Funktionen, die dem Anwender mehr Kontrolle über Aufbau und Anbindung des Systems verleihen.

Abbildung 3: LabVIEW MathScript Knoten mit Funktionsaufrufen für den Reglerentwurf

Integration des Statechart Module

Das Rechenmodell des Zustandsdiagramms bietet Designern von Embedded-Systemen eine anspruchsvolle Methode im Umgang mit ereignisbasierter Programmierung. Zustandsdiagramme sind insbesondere geeignet für die Programmierung von Ereignis-Antwort-Anwendungen, wie z. B. komplexe Benutzeroberflächen und Zustandsmaschinen zur Implementierung von dynamischen System-Controllern, Maschinensteuerungslogik und digitalen Kommunikationsprotokollen. Indem man das LabVIEW Statechart Module mit Simulationsschleifen kombiniert, kann man hybride zeitdiskrete/zeitkontinuierliche Systeme in einer einzigen Umgebung implementieren. 

Abbildung 4: Simulationsschleife mit integriertem Zustandsdiagramm

Fazit

Mit dem LabVIEW Control Design and Simulation Module lässt sich der Zeitraum von der Entwicklung bis hin zum Einsatz verkürzen, indem die Kluft zwischen Steuer- und Regeldesign und Implementierung des Controllers geschlossen wird. 

Erfahren Sie hier  mehr über Integrierte Steuer- und Regelungstechnik.

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