使用LabVIEW和CompactRIO設計并實(shí)現了動(dòng)態(tài)輸出反饋控制器

 

　　在2010學(xué)年的秋季，42名學(xué)生被分成3到4組在六個(gè)不同的硬件站完成了相關(guān)的實(shí)驗。 在過(guò)去的學(xué)期中我們所經(jīng)歷的最大的障礙之一就是如何正確的建立起所有站點(diǎn)。 舊的解決方案需要我們在每學(xué)期開(kāi)始時(shí)花費大量的時(shí)間排除連接故障并測試每個(gè)站點(diǎn)。將PC連接至外部數據采集模塊需要多根電纜，這樣使得處理過(guò)程復雜化;連接至放大器的電路板放大了Quanser套件的信號。 使用CompactRIO之后，所有傳感器和傳動(dòng)裝置的信號可通過(guò)單根以太網(wǎng)電纜傳回至PC，從而簡(jiǎn)化了連接和安裝步驟。

　　課程同時(shí)也廣泛地使用了計算機輔助控制設計工具。 學(xué)生設計基于硬件模型的控制器，保證了閉環(huán)系統的穩定，同時(shí)也滿(mǎn)足了所有的設計要求。 先前建立在MathWorks, Inc. Simulink^®軟件上的框架并沒(méi)有給學(xué)生提供診斷工具，使得他們無(wú)法在硬件上部署控制器前進(jìn)行測試;而大多數的測試都由學(xué)生自行采用MathWorks, Inc. MATLAB^®軟件來(lái)完成。 由此，實(shí)驗室中會(huì )花費大量的時(shí)間來(lái)實(shí)現不需要硬件的功能，如對控制器設計的診斷。 LabVIEW控制設計與仿真以及LabVIEW MathScript的RT模塊都是分析線(xiàn)性模型并協(xié)助學(xué)生設計控制器的有用工具。

　　在整個(gè)學(xué)期中，我們介紹了如何利用頻域技術(shù)(如Bode和Nyquist圖)和狀態(tài)空間技術(shù)(如通過(guò)LQR設計的調節器和通過(guò)LQE設計的估計器)來(lái)開(kāi)發(fā)內層和外層的循環(huán)控制器。 與過(guò)去不同，LabVIEW前面板通過(guò)3D圖像控件提供了有用的可視化效果，并顯示所有的信號信息，為學(xué)生診斷控制器和更新控制器設計提供了便利。 實(shí)際套件的3D圖像非常有用，學(xué)生可以并排比較模擬與現實(shí)系統，查看它們的相關(guān)性。 得益于此，我們有效地展示了難以描述的模型不確定性概念，并引進(jìn)了設計強大控制器的方法，用以彌補建模誤差。

　　除了LabVIEW在完整的模擬系統內可以靈活調整控制器之外，使用LabVIEW和CompactRIO最大的好處是可以直觀(guān)、方便地在模擬和現實(shí)之間相互切換。 學(xué)生可以模擬驗證自己的控制器，然后立即將它們部署至CompactRIO，通過(guò)調整前面板控件來(lái)控制直升機。 由于仿真結構與硬件匹配度非常高，所以通過(guò)模擬可以很好地預測硬件是否會(huì )成功，減少所需的硬件測試量。 這對管理大班實(shí)驗室十分有效，因為可用的實(shí)驗時(shí)間十分寶貴。

　　LabVIEW和CompactRIO的組合除了可以吸引學(xué)生的興趣之外，已經(jīng)被證明可以有效的驗證控制理論和設計方法。 交互式的LabVIEW前面板提供了一種簡(jiǎn)便的方法來(lái)可視化系統;當調試控制器時(shí)，原理框圖中探測信號的能力會(huì )十分有用。 隨著(zhù)學(xué)期的進(jìn)展，學(xué)生在修改LabVIEW代碼以滿(mǎn)足他們的需要時(shí)感覺(jué)越來(lái)越得心應手。 在課程項目最后一部分中，幾個(gè)學(xué)生設計了自己的VI，實(shí)現了多輸入多輸出(MIMO)控制器設計。 在學(xué)期末時(shí)，我們發(fā)現很多學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間參加了我們的課外競賽，競賽中要求直升機會(huì )自主越過(guò)一個(gè)虛擬障礙跑道。 在學(xué)期結束時(shí)，許多學(xué)生頗有興趣的想將LabVIEW運用到MIT其他項目中，主動(dòng)地與課程工作人員進(jìn)行了接洽