Современные информационные технологии/2. Вычислительная техника и         программирова­ние

Щербань И.В., Бадыштова К.Д., Грабовый К.Д.

НАБОР ВИРТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ  LabView  ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНЫХ ОПЕРАТОРНЫХ СХЕМ ОБЪЕКТОВ

Северо-Кавказский филиал Московского технического университета связи

и информатики, г.Ростов-на-Дону, Россия

 

Ключевые слова: техническая система, динамические характеристики, программные и аппаратные средства National Instruments.

 

Реализована совокупность виртуальных приборов в среде графического программирования LabView для исследования динамических характеристик систем (объектов), заданными структурными операторными схемами с известными передаточными функциями динамических звеньев.

 

Shcherban I.V.,  Badyshtova K.D., Grabovy K.D.

 

A SET OF LabView VIRTUAL INSTRUMENTS TO SIMULATE AND EXPLORE THE STRUCTURAL OPERATOR SCHEMA OBJECTS

 

The North Caucasian Branch of the Moscow Technical University

of Communications and Informatics, Rostov-on-Don, Russia

 

Key words: technical system, dynamic characteristics, software and hardware National Instruments

 

The set of virtual devices has been considered in the graphical programming environment in LabVIEW to study the dynamic characteristics of technical systems (objects) with known structural schemas and corresponding transfer functions.

 

Вследствие непрерывного усложнения технических систем (объектов) вопросы автоматизации моделирования и исследования их динамических характеристик как никогда актуальны. Известный бесплатный программный продукт Classic 3.0 как раз и предназначен для моделирования и исследования как отдельных динамических звеньев, так и объектов в целом, заданных структурными схемами  или графами с известными передаточными функциями звеньев.

При всех несомненных достоинствах этого программного средства к его недостаткам можно отнести отсутствие возможности документирования результатов расчетов, сохранения результатов в отдельные файлы данных для последующего использования в других программных средствах, например, в MathCad, MatLab,  или им подобных. Кроме того, Classic 3.0 является полностью обособленным программным обеспечением (ПО). В нем отсутствует возможность интеграции с различными технически ориентированными средами разработки. Существенной особенностью  этого ПО также является возможность запуска только под управлением 32-разрядных операционных систем, в то время как в современных персональных компьютерах используются уже 64-разрядные операционные системы. Соответственно, необходимы формализованные программные средства для исследования динамических характеристик объектов, подобные ПО Classic 3.0, но не имеющие вышеназванных проблем и ограничений.  

Соответственно, в программной среде LabView  (LV) разработан ряд виртуальных приборов (ВП),  позволяющих проводить моделирование и подробное исследование технических систем (объектов), имеющих известные структурные схемы, типовые для большинства практических приложений.

Среда LV компании National Instruments позволяет достаточно просто создавать высокоэффективные и гибкие приложения тестирования, измерения и управления в технических системах, традиционно включает стандартный набор различных библиотек – библиотек графических элементов, библиотек функций и подпрограмм, драйверов для организации взаимодействия с элементами технических систем – исполнительными модулями, измерительными средствами, и т.п., а также библиотек для формирования отчетов и регистрации результатов моделирования.

Для решения задач моделирования и исследования отдельных динамических звеньев можно воспользоваться стандартным набором библиотек LV. Разработанное же ПО предназначено для более глубокого анализа и решения специализированных задач моделирования и исследования динамических характеристик объектов, заданных операторными схемами, в различных условиях внешних возмущающих и управляющих воздействий. Вначале пользователю необходимо выбрать ВП, структурная операторная схема которого соответствует исследуемому объекту. После задания передаточных функций ее динамических звеньев разработанные ВП позволяют решать следующие задачи исследования и моделирования объекта:

- задание, калибровка и настройка входных управляющих и возмущающих воздействий, приведение их к инженерным единицам измерений, калибровка измерительного канала, согласование сигналов;

- расчет и регистрация в отдельных файлах любых динамических временных или частотных характеристик объекта, в том числе, моделирование в реальном времени (Real Time) переходных процессов с дискретностью до 100 мс;

- анализ характеристик объекта – частотный анализ и фильтрация, анализ переходных процессов, анализ искажений;

- сохранение данных для анализа, составление отчетов испытаний, отображение результатов, преобразование файлов в универсальный формат UFF58.

Виртуальные приборы разработаны таким образом, чтобы максимально исключить человеческий фактор при испытаниях и при обработке данных. Интерфейс виртуальных приборов реализован на сменных экранных страницах, что позволяет одновременно исследовать несколько режимов функционирования, а также управлять обработкой данных, отображать на экране большой объем информации. ВП позволяют получать частотные характеристики объектов, переходные и импульсные переходные характеристики. Тестовые сигналы выбираются из перечня: импульсные, ступенчатые, линейно и квадратично возрастающие сигналы с регулируемыми параметрами.   

Примеры реализованных виртуальных приборов показаны на рисунках 1.1,1.2. Пример блока диаграммы ВП, формируемого в ходе выбора пользователем структуры операторной схемы объекта и задания п.ф. ее звеньев показан на рисунке 2.

 

 

Рисунки 1.1, 1.2 – Лицевые панели синтезированных ВП

 

Для каждого из приборов имеется набор виртуальных дисплеев, где реализована возможность оперативного изменения в ходе работы параметров объекта – коэффициентов усилителей, корректирующих звеньев, предшествующих фильтров и т.п.

Рисунок 3 – Блок диаграммы ВП, формируемого в ходе выбора

пользователем структуры операторной схемы и задания п.ф. ее звеньев   

 

Для корректной работы синтезированного набора ВП под управлением операционных систем семейства Windows необходимо дополнительно устанавливать дистрибутивы .NETFramework 4.5+  и  LabVIEW RuntimeEngine.

 

Рис. 3
Список литературы:

1.                     Тревис Д. LabVIEW для всех / Д. Тревис. Пер. с англ. Н.А. Клушин. – М.: ДМК-Пресс, 2005.

2.                     Дорф Р. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп. Пер. с англ. Б.И. Копылова. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002.

 

 

 

 

 

 

© И. В. Щербань, К.Д. Бадыштова, К.Д. Грабовый  2016