Лабораторія компанії National Instruments, Innovation Skills Laboratory
Компанія National Instruments (NI) – лідер у галузі розробки та виробництва апаратних та програмних засобів автоматизованого вимірювання, діагностики, контролю та моделювання. NI є розробником віртуальних приладів – революційної концепції, яка змінила підхід та методологію вимірювання та розробки систем автоматизації.Переваги лабораторії компанії NI: • використання багатофункціональної лабораторної станції NI ELVIS II+, яка є базовим рішенням для застосування у практичних навчальних курсах з різних дисциплін; • можливість додавання практичних курсів з нових дисциплін за рахунок придбання нових плат; • можливість розробки та моделювання інтегральних схем та друкованих плат; • інтеграція з САПР MultiSim та UltiBoard; Платформа проектування та прототипування ELVIS II+ (National Instruments Electronic Laboratory Virtual Instrumentation Suite system) використовується для реалізації освітніх завдань з систем управління, схемотехніки, телекомунікації та вбудованих мікроконтролерів. Освітня платформа NI ELVIS II+ реалізована на основі графічного середовища NI LabVIEW, Multisim. У комплект станції має входити програмне забезпечення Labview та Circuit Design Suite.
• Осцилограф • Функціональний генератор • Генератор сигналів довільної форми • Цифровий мультиметр >• Джерела живлення • Аналізатор спектру • Аналізатор імпедансу • Аналізатор АЧХ/ФЧХ • Аналізатор ВАХ двопровідних ліній • Аналізатор ВАХ трипровідних ліній • Генератор цифрових сигналів • Аналізатор цифрових сигналів
Лабораторна станція має такі характеристики: • Аналогові входи, каналів 8 диф/16 заг., АЦП 16 біт, частота дискретизації 1,25МГц, у вхідних діапазонів 7, аналоговий запуск • Канали осцилографа – 2, швидкість оцифрування 100 MS/s, пам'ять 16384 пікселів на канал • Аналогові виходи, каналів 2, ЦАП 16 біт, частота дискретизації 2МГц • Цифрові входи/виходи, каналів 24 • таймери-лічильники, каналів 2, розрядність 32 біта. • Ізольований мультиметр, вимірювання: AC/DC струм, напруга, опір, діод, ємність, індуктивність; точність 5,5 знаки. Вхідний діапазон 60 В, 3 А. • Функціональний генератор, каналів 1, форми сигналів – синусоїдальний, трикутний, прямокутний. • Регульовані джерела живлення, каналів 2, діапазон +-12 В. • Інтерфейс підключення USB 2.0. NI ELVIS II+ має відкриту архітектуру, що спрощує використання обладнання провідних постачальників технічних засобів навчання. NI ELVIS II+ забезпечує можливість використання обладнання наступних виробників: - Проектування систем управління з використанням навчальних інструментів Quanser: DC motor Quanser QNET, inverted pendulum Quanser QNET; - Circuitry - платформа для вивчення електроніки, інтегрована з Multisim; - Embedded Systems / DSP-процесор of Analog Devices ADSP; - Sensors - адаптери для сенсорів компанії Vernier для NI ELVIS. Лабораторний практикум поставляється з готовим програмним та методичним забезпеченням для проведення лабораторних робіт. На устаткуванні компанії National Instruments на кафедрі реалізовано такі лабораторії.
Лабораторія «Система керування двигуном постійного струму» – Quanser QNET DC Motor Control Board for NI ELVIS
Устаткування лабораторіїдозволяє студентам вивчати та самостійно розробляти системи автоматичного управління та регулювання. У процесі роботи студенти отримують практичні навички створення, тестування та налагодження систем із реальними об'єктами управління. Лабораторні роботи присвячені основним темам теорії управління, у тому числі статичним та динамічним властивостям систем регулювання, передавальним функціям та частотним характеристикам, теорії електроприводу та основ синтезу систем управління.
Список лабораторних робіт: • Аналогово-цифрове перетворення (симуляція); • Аналого-цифрове перетворення сигналів; • Цифроаналогове перетворення (симуляція); • Цифроаналогове перетворення сигналів; • Методи дискретизації та аналіз стійкості; • Методи дискретизації та перехідна характеристика; • Системи першого порядку: Перехідна характеристика; • Системи першого порядку: Частотна характеристика; • Передемпфовані системи другого порядку: Перехідна характеристика; • Передемпфовані системи другого порядку: Частотна характеристика; • Недодемпфовані системи другого порядку: Перехідна характеристика; • Недодемпфовані системи другого порядку: Частотна характеристика; • Недемпфовані системи другого порядку: Перехідна характеристика; • Недемпфовані системи другого порядку: Частотна характеристика; • Проектування передавальної функції; • Експериментальне визначення внутрішнього опору; • Експериментальне визначення протиЕРС; • Експериментальна перевірка моделі; • Експериментальне моделювання з використанням перехідної характеристики; • Експериментальне моделювання з використанням частотної характеристики; • Дискретний еквівалент передавальної функції; •Моделювання, реалізація пропорційного регулятора швидкості; • Моделювання, реалізація, дослідження, верифікація пропорційно-інтегрального регулятора швидкості; • Цифрова емуляція пропорційно-інтегрального регулятора швидкості; • Дослідження, реалізація пропорційного регулятора положення; • Моделювання, дослідження пропорційно-диференціального регулятора положення; • Цифрова емуляція пропорційно-диференціального регулятора положення; • Дослідження, реалізація пропорційно-інтегрального регулятора із зважуванням за уставкою; • Обмеження інтегральної складової; • Моделювання, дослідження придушення збурень крутного моменту; • Проектування, реалізація регулятора з придушенням збурень моменту, що крутить; • Експериментальна оцінка затримки, обумовленої дискретизацією; • Експериментальне визначення запасу стійкості; • Експериментальне визначення запасу за часом затримки; • Дослідження чутливості та параметрів робастного регулювання; • Реалізація робастного регулювання; • Створення фазового компенсатора в LabVIEW; • Розробка, моделювання та реалізація фазового компенсатора; • Дискретна емуляція фазового компенсатора; • Моделювання пропорційно-інтегрального регулятора Циглера-Ніколса; • Реалізація пропорційно-інтегрального регулятора за методом Циглера-Ніколса; • Дискретна емуляція пропорційно-інтегрального регулятора Циглера Ніколса; • Розробка прямого цифрового регулятора методом Ragazzini; • Моделювання прямого цифрового регулятора Ragazzini; • Реалізація прямого цифрового регулятора Ragazzini; • Розробка та реалізація прямого дискретного пропорційно-інтегрального регулятора;
Лабораторія"Мікроприводи" - Micromotors and Automatic Motor Control Board
Усі лабораторні роботи проводяться на платі із встановленими на ній мікродвигунами постійного струму. Студенти мають можливість вивчати механічні, статичні та динамічні характеристики електродвигунів у відкритій системі з програмно-керованим блоком живлення.
Список лабораторних робіт: 1. Статичні параметри системи: • Визначення активного опору обмотки якоря мікродвигуна • Визначення коефіцієнта електромеханічного перетворення мікродвигуна • Зняття механічних характеристик мікродвигуна постійного струму • Зняття робочих характеристик мікродвигуна постійного струму • Зняття статичних механічних характеристик одноконтурної САУ швидкістю з різними регуляторами 2. Динамічні параметри системи: • Визначення динамічних характеристик розімкнутої САУ швидкістю ДПТ 3. Динамічні системи з різними регуляторами (Програмне виконання): • Дослідження динамічних характеристик одноконтурної САУ швидкістю ДПТ • Дослідження динамічних характеристик двоконтурної САУ швидкістю ДПТ • Дослідження динамічних характеристик одноконтурної САУ кутовим положенням ротора ДПТ • Дослідження динамічних характеристик двоконтурної САУ кутовим положенням ротора ДПТ 4. Динамічні системи з різними регуляторами (Апаратне виконання): • Дослідження динамічних характеристик одноконтурної САУ швидкістю ДПТ • Дослідження динамічних характеристик двоконтурної САУ швидкістю ДПТ • Дослідження динамічних характеристик одноконтурної САУ кутовим положенням ротора ДПТ • динамічних характеристик двоконтурної САУ кутовим положенням ротора ДПТ
Лабораторіяметрології – Quanser QNET Mechatronics Sensors Board
Лабораторний практикум охоплює вивчення принципів калібрування датчиків, обробки та аналізу отриманих з датчиків сигналів. Лабораторія комплектується різними датчиками, встановленими на макетній платі: потенціометр, плівковий п'єзодатчик, тензодатчик, термістор, енкодер, оптичний датчик, інфрачервоний датчик відстані, ультразвуковий датчик, магнітний датчик, датчик тиску.
Плата має наступні технічні характеристики: • потенціометр (300 гр, лінійність ±5); • інфрачервоний датчик (діапазон вимірюваних відстаней 20...150 см); • датчик тиску (0…207 кПа, 0,0193 В/кПа, 3мВ); • ультразвуковий датчик (виявлення об'єктів 0…6.45м, діапазон ультразвуку 0,15…6,45м, роздільна здатність 2,54см, 20Гц); • плівковий п'єзодатчик (16В/g, резонансна частота 40Гц, 3dB частота 20Гц, розташування маси від краю 1,40см).
Лабораторія проектування цифрових пристроїв та програмування ПЛІС – NI Digital Electronics FPGA Board
Лабораторія варта вивчення процесу проектування цифрових устройств. Користувачі можуть створювати цифрові блоки Multisim, а потім втілювати їх на макетній платі. Плата має мікросхему ПЛІС Xilinx Spartan-3E.
Практикум включає 9 лабораторних робіт з вивчення функціонування та програмування ПЛІС. Програмування ПЛІС може здійснюватися як стандартними засобами Xilinx (Xilinx ISE Tools), за допомогою мов програмування таких як Verilog або VHDL, так і на верхньому рівні в середовищі графічного програмування LabVIEW FPGA. Робота з використанням пакету Xilinx iMPACT дозволяє створювати логічний опис системи мовами Verilog/хHDL, файл розведення вводів/виводів ПЛІС(.ucf), використовувати утиліту для роботи з дисплеєм та утиліту для створення блокової пам'яті. Таким чином, є можливість створювати програми для запуску на апаратній платформі ПЛІС, а також підключати до її ліній введення/виведення периферійні пристрої: лінійки світлодіодів, DIP-перемикачі, кнопки включення, семисегментні індикатори, дисплеї, енкодери і т.д.
Список лабораторних робіт: • Принципи роботи ПЛІС. Основи функціонування логічного вентиля. • Створення дільника частоти. • Створення реального ланцюга за моделлю, яка відстежує натискання 8 кнопок та виводить номер натиснутої кнопки на 7-ми сегментний дисплей. • Створення схеми передачі даних, яка обробляє вхідні дані та підсвічує один із світлодіодів, якщо число на вході ділиться на 3. • Вивчення мультиплексора, демультиплексора. • Вивчення програмованого лічильника. • Створення детектора послідовностей. • Створення „кінцевого автомата“ на базі лічильників. • Моделювання ПЗУ використовуючи утиліту Xilinx ISE CORE Generator.
Мобільний робот на платформі для викладання та дослідження в робототехніці – Robotics Starter Kit (DaNI) for Education (A Mobile Robot Platform for Robotics Teaching and Research)
NI LabVIEW Robotics Starter Kit, відомий як DaNI, є промисловим виробом, роботизованою платформою, призначеною для вивчення концепцій робототехніки та мехатроніки або для створення прототипів роботизованих систем. Комплект включає датчики, двигуни, і вбудовану плату NI Single-Board RIO для управління. Робот програмується за допомогою графічного середовища розробки LabVIEW.
Склад установки: • мобільний робот у зборі; • вбудований контролер NI sbRIO-9632; • ультразвуковий датчик,енкодери, двигуни, акумулятор та зарядний пристрій; • програмне забезпечення для програмування роботів, включаючи обхід перешкод; • можливість програмування за допомогою програмних модулів LabVIEW Real-Time and LabVIEW Robotics.
