LabVIEW RT permette di realizzare sistemi di controllo complessi

Author(s):
Martin Baird - TRW Aeronautical Systems Group

Industry:
Aerospace/Avionics

Products:
LabVIEW

The Challenge:
Implementare, in modo preciso, complessi algoritmi di controllo in formato Matrixx.

The Solution:
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 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 delsistema

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.

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: martin.baird@lucasvarity.com

 

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