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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.

http://es.wikipedia.org/wiki/Digitalizar


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


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


CLICK DERECHO EN PANTALLA BLANCA

CLICK EN Adquire signals

CLICK EN DAQ Assistant


CLICK DERECHO EN PANTALLA BLANCA

CLICK EN DOBLE FLECHA QUE SE ENCUENTRA EN LA PARTE INFERIOR DEL BLOQUE

SELECCIONE Programming


SELECCIONE File I/O

CLICK EN Write To Measurement File

ARRASTRE A LA PANTALLA BLANCA


CLICK DERECHO EN Front Panel (LA PANTALLA PLOMA)

SELECCIONE: Graph

CLICK EN Waveform Chart


CLICK DERECHO EN Block Diagram (PANTALLA BLANCA)

SELECCIONE: Express


ELIJA: Exec Control

CLICK EN Elapsed Time


CAMBIE A 10 SEGUNDOS

CLICK EN OK



CLICK EN DOBLE FLECHA

SELECCIONE: Programamming


SELECCIONE: Structures

CLICK EN While Loop

REMARQUE LOS BLOQUES



SELECCIONE: Programming

SELECCIONE: File I/O


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


SELECCIONE: Express.

SELECCIONE: Sig Manip (Signal Manipulation)

CLICK EN Convert to Dynamic Data


DESPLAZAR Convert to Dynamic Data a los bloques que ya se tienen.

CLICK EN OK


QUE INDICA HACIA ABAJO.


SELECCIONE: Programming.

SELECCIONE: Array.

CLICK EN Index Array


DESPLAZAR DONDE SE ENCUENTRAN LOS BLOQUES


QUE INDICA HACIA ABAJO.

SELECCIONE: Control Design & Simulaction.


SELECCIONE: System Ident...

SELECCIONE: Parametric Model Estimation.

CLICK EN SI Estimate Transfer Function Model.vi.


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: Utilities

CLICK EN SI Draw Model.vi

ARRASTRAR A LA PANTALLA Diagram Block.


CLICK DERECHO EN Block Diagram (PANTALLA BLANCA) Y CLICK EN DOBLE FLECHA QUE INDICA HACIA ABAJO.



SELECCIONE: Model Validation

CLICK EN SI Model Simulation.vi

ARRASTRE A LA PANTALLA Diagram Block.


CLICK EN EL BLOQUE Build Array Y ARRASTRE EN PANTALLA Block Diagram

CLICK EN Subtract Y ARRASTRAR EN LA PANTALLA Block Diagram


CLICK EN Graph Y ARRASTRAR EN EL Front Panel

ENLAZAR LOS Vis EN PANTALLA DE Block Diagram


CONFIGURE EL VI DEL MODELO MATEMATICO CLICK DERECHO EN EL PIN MODELO Y SELECCIONE INDICADOR


CLICK DERECHO EN Model

CLICK DERECHO EN Display Format


CONFIGURE EL VI DE FUNCION DE TRANSFERENCIA


CONFIGURE EL ORDEN LA Función De Transferencia


CONFIGURE EL VI DE ADQUICION DE DATOS DOBLE CLICK EN EL VI DAQ

SELECCIONE LA DIRECCION QUE SE DESEA CONFIGURE LOS DATOS


Reemplace LOS VIs

CONFIGURE EL VI DE Escritura

CONFIGURE EL VI DE Lectura

SE PUEDE DETALLAR


EJEMPLO DE APLICACIÓN

Paralelamente se pondrá en la pantalla del panel frontal el siguiente diagrama


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

http://www.ni.com/


ANEXO

CIRCUITOS DE LOS SISTEMAS DE PRIMER (Fig.1), SEGUNDO (Fig. 2 y 3), TERCER

(Fig.4) Y CUARTO ORDEN (Fig. 5)

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