ek 4vwx.(p.13-24).ns - National Instruments

Soluzioni
LabVIEW RT permette di realizzare sistemi di controllo complessi
di Martin Baird, TRW
Aeronautical Systems Group
L’obiettivo: Implementare, in modo
preciso, complessi algoritmi di controllo in
formato Matrixx.
La soluzione: Convertire gli algoritmi di
controllo in LabVIEW ed eseguirli in
LabVIEW RT.
Introduzione
TRW Aeronautical System (ex Lucas
Aerospace), è una società internazionale
leader nella fornitura di sistemi, prodotti e
servizi tecnologicamente evoluti per
l’industria aerospaziale in tutto il mondo. A
Birmingham ci occupiamo di progettazione
e di produzione di sistemi di controllo per
motori, in particolare dei sistemi di
alimentazione del carburante, delle pompe
e degli attuatori lineari.
All’interno di un aeromobile
controlliamo i nostri sistemi idromeccanici
utilizzando il FADEC (Full Authority
Digital Electronic Controller). Poiché
spesso il FADEC non è disponibile durante
le fasi di sviluppo e di collaudo, siamo
costretti a progettare e realizzare dei sistemi
di controllo specifici per ciascun sistema.
I sistemi idromeccanici stanno diventando
via via più complicati, i livelli prestazionali
crescono sempre più e i progettisti
richiedono sistemi di controllo in grado di
simulare esattamente l’aeromobile, in modo
tale da poter valutare le prestazioni del
sistema molto prima che il FADEC sia
disponibile. Una soluzione analogica non è
quindi più possibile.
Attualmente stiamo costruendo dei nuovi
sistemi di collaudo utilizzando apparecchiature
di acquisizione dati (DAQ) e dispositivi di
controllo National Instruments in ambiente
LabVIEW. Abbiamo inoltre progettato le
nostre nuove unità di collaudo in modo da
essere eseguite utilizzando esclusivamente una
scheda DAQ e LabVIEW. Inizialmente
LabVIEW era stato valutato come una
possibile soluzione, ma poi fu scartato perché
non consentiva di ottenere prestazioni
deterministiche con cicli di brevissima durata.
Un’alternativa sarebbe stata quella di
utilizzare Matrixx per generare codice
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oggetto da eseguire su un sistema separato
in ambiente DOS. Anche questo metodo è
stato tuttavia scartato a causa degli elevati
costi di licenza e delle carenze del sistema
per quanto riguarda il salvataggio e la
visualizzazione dei dati.
National Instruments ha annunciato
LabVIEW RT proprio quando stavamo
affrontando una serie di difficoltà
nell’implementazione di un sistema di
controllo complesso per un sistema di valvole
spool multistadio. L’idea di un processore
dedicato che fosse in grado di eseguire il
sistema di controllo, programmato in
LabVIEW, era esattamente ciò di cui avevamo
bisogno, e proprio al momento giusto.
Algoritmo di controllo
Abbiamo una grande familiarità con
LabVIEW poiché lo abbiamo utilizzato con
successo per un gran numero di progetti.
Tuttavia il nostro sistema di controllo è
stato progettato usando Matrixx. Gli
algoritmi di controllo sono realizzati
secondo un metodo grafico simile a quello
di LabVIEW, utilizzando cioè blocchi
funzionali uniti da “percorsi di dati”,
rappresentati da fili. Analogamente ai VI di
un programma LabVIEW, ciascun blocco
rappresenta una subroutine. Per effettuare
con successo la migrazione, era necessario
duplicare tutte le funzioni e le subroutine
di Matrixx in LabVIEW. La maggior parte
delle funzioni Matrixx hanno equivalenti
diretti in LabVIEW, ma in alcuni casi è
stato necessario creare blocchi in grado di
calcolare le trasformate di Laplace o peggio
ancora (per lo scrivente) le trasformate z.
L’implementazione del sistema
Abbiamo usato una scheda DAQ della serie
RT, la PCI-7030/6040E che monta un
processore AMD468DX5. L’algoritmo di
controllo completo veniva eseguito sulle
schede DAQ della serie RT in 330 µs per
ciclo. Tuttavia, aggiungendo operazioni di
I/O, il tempo di ciclo superava i 2 ms che
ci eravamo prefissi. Per poter eseguire il
ciclo in meno di 2 ms, abbiamo impostato
livelli di priorità per tutti i VI a livello di
subroutine ed eseguito il VI di livello più
alto del sistema RT con una priorità timecritical. Una velocità di scansione di 500
Hz è stata accuratamente impostata
utilizzando la temporizzazione hardware
della scheda.
Il passo successivo è stato quello di
progettare il programma host di LabVIEW
perché fornisse l’interfaccia al sistema RT.
La comunicazione tra sistemi RT e
sistemi host avviene attraverso 1 kB di
memoria condivisa.
Se si utilizza parte della memoria
condivisa come buffer circolare, la scheda
DAQ della serie RT è in grado di leggere e
scrivere i dati ad ogni ciclo (una volta ogni
2 ms) mentre il sistema host può leggere e
scrivere quantità di dati variabili ogni volta
che è pronto. La scrittura su grafico ci ha
permesso di disporre di un’ottima
visualizzazione di blocchi di dati in tempo
reale, visualizzazione che l’utente può
bloccare ed espandere in qualunque
momento per avere informazioni dettagliate
sulle prestazioni del sistema in prova.
Risultati
LabVIEW RT ci ha permesso di disporre di
uno strumento di grande valore per
implementare un sistema di controllo accurato
in poco tempo. Gli utenti hanno apprezzato in
modo particolare la flessibilità di LabVIEW.
Siamo stati in grado di configurare nuovi
collaudi in tempi estremamente ridotti,
dell’ordine dei minuti, e di cambiare i
parametri di controllo in modo semplice
e rapido.
Ci sono altri sistemi di controllo ad alte
prestazioni che dovremo completare nel
prossimo futuro; invece di impiegare centinaia
di ore uomo nella progettazione e nella
realizzazione di sistemi di controllo specifici
che ci possono garantire algoritmi solo
approssimativamente corretti, prevediamo di
scrivere, in un giorno o due, un nuovo
programma LabVIEW RT con la certezza che
sarà in grado di darci i risultati desiderati.1
Per ulteriori informazioni contattate Martin
Baird, TRW Aeronautical Systems Group,
Shaftmoore Lane, Hall Green Birmingham,
B28 8SW, England, tel 0121-707-7111,
fax 0121-706-9622,
e-mail [email protected]
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