s

1+_

نظم لتصميم البفيو استعمالوالمحاكاة التحكم

for Control Design and Simulation

The Virtual Instrumentation Approachاالفتراضية األجهزة إلى مدخل

3

تحليل عرضتحصيل

المكونات المادية

المكونات البرمجية

تحليل عرضتحصيل

على يساعدك سوف الدرس :هذافي - والتعريف التحكم مصمم وحدة فهم

.البفيومشاكل - حل في البفيو استعمال

.التحكمالنظم تحويل دوال - .بناء

استجاباتها - وتحليل التحكم خوارزميات .تطوير

الخطي - محيط في التحكم خوارزميات .محاكاةمن - للخوارزميات المثلى الحلول عن البحث

محيط جدالي خالل .

4

5

التحكم - مصمم وحدة فهمالبفيو في .والتعريف

- حل في البفيو استعمال

التحكم .مشاكلالنظم تحويل دوال - .بناء

التحكم خوارزميات تطويراستجاباتها - .وتحليل

التحكم خوارزميات محاكاةالخطي محيط - .في

المثلى - الحلول عن البحثمحيط خالل من للخوارزميات

.جداليالدرس هذا من لالستفادة

التحكم بقواعد اإللمام يفضلببرنامج بسيطة ولو معرفة و

.البفيو

حول المبنية للتطبيقات تطويري نظام البفيومن منتج وهو والتحكم، القياس في الحواسيب

انسترمنتس ناشيونال شركة 0طرفالبحوث، : الصناعة، في البفيو تطبيق ميادين

والتعليم 0والتطوير، ) ( لكن بالرسوم الصورية البرمجة يستعمل البفيو

باستعمال النصية البرمجة استعمال :يمكنC, Mathscript……

والتصميم، العددي، للتحليل الوظائف من كثير . المادية المكونات من كثير البيانات عرض و

في البفيو إلى متعددة مواصفات تضيف ... الرياضيات اإلشارات، معالجة ، التحكم

طريق عن يتم الخارجي العالم مع : التواصلOPC, Modbus, RS 232, GPIB ……..

Virtual Instrumentation االفتراضية األجهزةمن ناشيونال 25ألكثر شركة غيرت سنة،

والباحثين المهندسين تعامل طرق انسترمنتسوطرق األجهزة مع واألكاديميين الصناعة، في

. االفتراضية األجهزة واألتمتة بالقياسات القياماالختبار، تكاليف وتخفض اإلنتاجية، من تزيد

من التطبيقات تصميم على وتساعد ، التحكمو البفيو، مثل ، البرامج استعمال تسهيل خالل

بذاتها المستقلة النمطية المادية المكوناتاألجهزة مع :والتعامل

PXI, PCI, USB, and Ethernet.

7

8

يستعمل االفتراضية، األجهزة معلخلق الصورية البرمجة المهندسون

البديل وهو حاجياتهم، تناسب حلولالتوظيف الخاصة، للملكية المهم

التقليدية لألجهزة .الثابتاالفتراضية األجهزة ذلك، إلى أضف

. المتزايد الحاسوب ألداء أولوية تعطيوالتحكم، القياس، االختبار، في مثال،

األجهزة استعمل المهندسونأجهزة حجم من للتقليل االفتراضية

كسب وارتفع واالختبار، األتمتةمرات بعشرة اإلنتاجية في المردود

لمردود بالنسبة متدنية تكاليف مقابل . الشركات من كثير التقليدية األجهزة

االفتراضية األجهزة اختارت الرائدةالتقليدية األجهزة من .بدال

طريقة في تحوال االفتراضية األجهزة تطور يعتبرالخارجية واألجهزة الحاسوب بين الربط عملية تطبيق . الربط عملية كانت القريب، الماضي في به المرتبطةلم إن المعالم، واضحة وغير معقدة أكواد، على مبنية . الكود لكتابة طويال وقتا المصمم ويقضي مبهمة نقلاستعمال عند الحال هو ما مثل يعمل، كيف لمعرفة أو

، Cلغة Pascal ، Basic .... نفس يحل أن يمكن اليوم، ،األجهزة طريقة باستعمال لحظة في الموضوع

التي VI ( Virtual Instruments)االفتراضية تلك وخاصة ، ( ) بالرسومات الصورية البرمجة تقنية تستعمل

. البيانات وتدفق واألشكال

األجهزة تطور االفتراضية

9

10

ممارسة إلى تحتاج التقنية هذهالتدقيقي النص إلى تحتاج كما عملية،منتج كود إلى الخبرة لتحويل النظري

كمرجع. يستعمل النظري النص وفعالالميدانين في عملي إلى لترجمته . اعتقاد في والصناعي األكاديمي

برمجة بين عالقة توجد ال أنه الكثيرينغير وهذا التقليدية، والبرمجة البفيو

البفيو. مواصفات أن صحيح مقنعما لها ليس به، خاصة ووظائف كثيرة

. التقليدية البرمجة في يقابلها

11

. البفيو واحد المنطق أساس لكن،األيقونة البرمجة، Icon يستعمل في

. البرمجة التقليدية البرمجة بين والعالقةوبدون بسهولة تداركها يمكن البفيو في

تتسم التي التقليدية البرمجة بعكس عناءاألخطاء كثرة في والوقوع .بالصعوبة

لابفيو ؟لماذاعلى فكرة إعطاء هو الفنية المشاركات هذه هدف

بتطبيق واألتمتة القياس، بناء ، االفتراضية األجهزةالمبني البفيو محيط باستعمال الصناعية المعايير

. استعمال يمكن كيف واألشكال الرسومات علىتحليلها،وعرضها؟ البيانات، لتحصيل , Acquireالبفيو

Analyze, and Present Data

12

13

التطور تتطلب االفتراضية األجهزةالمادية المكونات في المتوازي

.) ( إن البرمجيات مادية الغير والمكوناتلمستعمل البينية الوصلة تطور

التقدم و البرامج بتطور الرسوماتموصالت معايير استعمال في

تطوير في شاركت كلها األجهزة،االفتراضية يكن VIاألجهزة ولم ،

. هذا اآلخر بدون التطور أحدها بمقدورالتعامل وتفسير إبرازه تم التفاعل

. تطرقنا كما العناصر هذه بينالبرمجة محيطي بين للمقارنة

البرامج بتدفق توصف التي التقليديةخالل من البفيو باستعمال البرمجة و

VI وإظهار البيانات، بتدفق تعرف التيبينهما االختالف . وجه

االفتراضية األجهزة هي ؟VIمااألجهزة أصبحت الثمانينات، منتصف منذ

تكنولوجيا مع تحالفا تكون االفتراضيةالقياس وأجهزة التطوير برامج الحاسوب،

) متكررة) عناصر من المكونة المعياريةشخصية أجهزة بتكوين المستعملين لمساعدة

. الحاسوب برنامج بواسطة معرفةالليونة على تتوفر االفتراضية األجهزة هذه

و التقليدية األجهزة من أفضل والمرونةعلم تكنولوجيا تطور لتالحق بسرعة تطورت

الحاسوب.في وبقوة اعتمادها تم االفتراضية األجهزة

. األجهزة وتصورات معاني االختبار تطبيقاتفي يطعن أو اعتمادها يتم إما االفتراضية

. االختبار صناعة في مصداقيتها

14

15

لدفاع وزارة عند التكنولوجية الصناعةبصفة ، لها ليس التي مثال، األمريكية،التوجهات خلق في نزعة و ميول عامة،وبقوة اعتمدت التكنولوجيا، ميدان فيأكبر تعتبر وهي االفتراضية، األجهزة . وقد المؤتمتة االختبار ألجهزة مستهلكبواسطة الموجهة األجهزة اختيار اعتمدت " األجهزة مشروعها في الحاسوب برامج .Synthetic Instrument التركيبية

16

تشكيلها إعادة يمكن األجهزة هذهكلما Reconfigurationالتكويني

. الجهاز التحكم نمط تغيير لزمكثيرا يعوض أن يمكن التركيبي

الوظيفة، أحادية األجهزة منالمخصص الحجم من يقلص وهذا

اللوجستية الصعوبات ومن لها،واالستغناء اإلهمال مشكل ويحل

المهام أحادية األجهزة عنوالمكلفة.

17

الكبرى الصناعية الشركات معظمفيليبس،نوكيا .... موتوروال، مثل ،

االفتراضية األجهزة اعتمدتالحاسوب برامج وتستعمللبناء االفتراضية واألجهزة

والحرجة الحاسمة التطبيقاتبكميات اإلنتاجية اختبار في

ميدان في و عالية، وبدقة كبيرةوحتى اإلنتاج، آالت في التحكم

...... الذرية المفاعالت في

االفتراضية األجهزة تاريخبرنامج حاسوب لكل كان الحاسبات، تطور بداية عند

. الزمني المحيط تقاسم عملية لكن، به خاص . فكان، الستينات منذ بدأت التشغيل نظم باستعمال

VAX VMS من الكثير على وسيطر النظم هذه أو . نظام وتاله الصناعية التطبيقات في التحكم عمليات

HPUX منUNIX .إطالقPC/MSDOS2 سنة 1983فيلكن الشخصي، الحاسب تشغيل نمط في الكثير غير

األجهزة ربط إمكانية هو حمله الذي الجديد الشيء . عملية أصبحت وبذلك التشغيل بنظام المشغلة

بنظام ربطها يمكن التي اإللكترونية األجهزة تطويرتطوير عن يبحث مطور وكل منتشرة، التشغيل

. تمكن ثم بتطبيقاته الخاصة األجهزة نظامMacintosh الخاصة البينية الوصلة طرح من

سنة واألشكال نظام. 1984بالرسومات جاء ثمWindows3 يكن. 1990سنة لم صدورها، بداية في

المرتقبة الشعبية يكتسب ولم مستقرا وندووز نظام . من تحسن وندووز لكن، المستعملين طرف من

الزمن.البيني التوصيل

18

19

بالعالم الحاسوب ربط لعملية سابقا تطرقناظهور. بعد واكتسابه Unibusالخارجي

متطلبات لكل يستجيب ال أنه لوحظ الشهرة،إلى أدى مما المختلفة، التطبيقات في الربط

حسب البينية الوصالت من الكثير تطوير . الالزمة الذاكرة وسعة به الخاص التطبيق

من كل بالحاسوب، البيني التوصيل فيو للحاسوب الداخلية البينية الموصالت

تلعب المعيارية الخارجية البينية التوصيالتاألجهزة ربط في ومهما خاصا دورا

. تمديد و تطوير تم المنابر وتكوين بالحاسوببرز VMEالموصل ومنه األجهزة مع ليتعامل

PXI األصل في هو الذي Xو PCIالمعياري . الموصل تمديد تم كما التمديد SCSIتعني

. SCXIليصبح يدمج موصل يوجد كما المعياري PXIو .SCXIبين

20

األجهزة لربط البينية الموصالت من الكثير تستعمل . تمرر التوالي على التوصيل في بالحاسوب الخارجية

. الوصلة في اآلخر تلو الواحد أي بالتتابع، البتات كلخط بت ولكل منفصلة خطوط توجد التوازي على

. التوازي على البيانات تحويل أن يعني هذا به خاص . الوقت في لكن، التوالي على تحويلها من أسرع

باستعمال التوالي على التوصيل أيضا USBالحالي هوإلى ووصل . 1600MBسريع الموصالت الثانية في

: هي المتوفرة الشعبية ، RS232Cالمعيارية RS485 ،GPIB ، USB ، Firewire .

21

وسائل المرنة، األسطوانات أخرى، ناحية منالمرور ونطاق والتعليق، في Pass Bandاإلعالن

نفس من استفادت كلها البينية الموصالت . الموصالت من الجديد الجيل األداء في الكسب

السرعة ,PCI Express, PXI, USBعاليةEthernet .…مرور بنطاق من 3Go/sتتمتع وأكثر

. أوسع مرور نطاق بقياس يسمح مما ذلك،الموصالت هذه كل بين تجمع االفتراضية األجهزةدمجه يمكن افتراضي بيني موصل كل ألن البينية

. التطبيق برنامج فيعلوم تلقين هو التعليم، في اليوم، االتجاه

. ألن الصغر منذ الحديثة والتقنيات الحاسوبلالستعمال أبسط األجهزة في بالحاسوب التحكم

التقليدية التوصيالت ذات األجهزة من

النظم لتصميم البيانية البرامجعلى مقدرتها هو االفتراضية لألجهزة مكسب أهم

باستعمال وذلك المواصفات محددة نظم تصميمبينية وصلة توفر للتصميم حاسوب برامج

بديهية) االفتراضية،(. Intuitiveحدسية األجهزة فيتناسب التي الخوارزمية اختيار يمكنه مستعمل كل

. الشخصي جهازه . لغة يستعمل البفيو االختيار هذا على مثال البفيو

) ( صورية بيانية بيانات، Graphicalرسوم تدفق معالمخطط تسمى بينية وصلة . Diagramويحوي

واألكاديميين المهندسين يساعد محيطا يوفر البفيو. بهم خاصة قياس نظم تصميم في

22

االفتراضية األجهزة و البفيومرة ألول االفتراضية باألجهزة يسمع من كل

يجب السؤال، على لإلجابة مغزاها؟ عن يتساءلاالفتراضية األجهزة تطور إلى ننظر منذ VI.أن

األساسي دوره كان الحاسوب، استعمال بدايةمع عجيبا تطورا تطور ثم والتحكم، المراقبة فيتضاعفت. الحاسوب، استعمال تطور مع الزمنمن المتوفرة لألجهزة األمامية اللوحات وظائف

. التحكم فكرة ولدت هكذا، البينية الوصالت خاللو األمامية اللوحة خالل من األجهزة في

. األجهزة فكرة جاءت هكذا معا الحاسوبكان. عندما الفكرة هذه بدأت GPIBاالفتراضية

. القول يمكن لذلك الموصالت بين شعبية األكثر. GPIBأن هكذا، اعتماده تم افتراضي جهاز أو هو

وانتشرت VIأصبحت بذاتها مستقلة تقنيةمن يمتد التطبيقات من العديد في تطبيقاتهاالمؤتمتة التطبيقات إلى التجريبية المختبرات

الكبيرة،....23

تقنيات تشعبت البداية، المتعددة VI منذ . سر الحاسوب على والمبنية األوجه

األجهزة VIنجاح جعل في التحول هو . الحاسوب ببرامج بارتباطها ذكية

أصبحت للحاسوب المادية المكوناتالحساسات الحالية Sensorsتمثل

مثل بالقياس، والقيام للتحسسالقناطر، .... الحراري، االزدواج

المفاتيح، مثل النظام لتغيير والمشغالت .... إجراء وكل الصمامات، المحركات،

. البرنامج طريق عن يتم ومعالجةفي الشخصي الحاسوب استعمال يمكن

مع تشغيل VIالتعامل نظم خالل منلينكس و يمكن. Linuxوندووز كما

نظم ، Macintoshاستعمال Sun ، HP..منابر الرسوم VIكل وصلة تستعمل

( للمستعمل Graphical UserالبينيةInterface ) GUI وتحقيق تنفيذ لتطوير، ،الحلول.

باستعمال المكونات VIالحلول استعمال حول تدورعلى ولو البيانات تحصيل في يتمثل عام لهدف المادية

. المادية المكونات الجاهزة المادية المكونات حسابالمكونات من أكثر طلب عليها عامة ألهداف المصممة

. في الفرق إلى باإلضافة معين لهدف الجاهزة الماديةعلى ويعتمد يعول أن يمكن النوعين بين التكلفة. بالعمومية تتميز كما عام لهدف المادية المكونات

25

) ( على المبنية الصورية والبرمجة التقليدية البرمجةواألشكال الرسومات

للمكونات البينية الوصالت في تتمثل المشغالتمن يحد وهذا بكثرة، متوفرة وهي واألجهزة المادية

التي التطبيقات في التطوير زمن ومن التكلفةإلى يضطر الذي األجهزة مطور وحسب تستعملها

لمنابر المناسب المشغل البرنامج أو VIإيجاد . هذه بين من المشغالت هذه بمزودي االستعانة

التي البفيو مشغالت على االعتماد يمكن المنتجاتاألجهزة كل في تقريبا التحتي التحميل في تستعمل

، HPمثل Tektronics ، Matrox..... المشغل بين تجمع التي التراكيب هذه من الهدف

بدقة التقليدية األجهزة أداء إلى الوصول هو والجهاز . في استعمالها تعميم يمكن كما اقل وبسعر أكبر

. متشابهة حاالت

26

27

تطور والتقدم VIيرتبط الحاسوب بتطور . وصلة والبرمجة المادية المكونات في الحاصل

في مهما دورا لعبت أيضا هي البينية الرسوماتبرامج VIتطوير في أساسيا عنصرا وأصبحت ،

VI .في الحاسوب شاشة استعمال تطور معالتطبيقات أصبحت واألشكال الرسومات

. قدرة تطورت الوقت نفس في سهلة التفاعلية . معتبرة حدودا وتعدت الحوسبة في المعالجات

تطور حصر :VIيمكن عناصر ثالثة في1: والحوسبة- المادية المكونات وتقدم معيارية

رهيب، وبشكل تطورت الحاسبات قدرة أن بماالشخصي الحاسوب ذكاء تطوير الممكن من كان

. النظام قلب يمثل الذي2: البينية- الرسوم وصلة تطور

دورا لعب التفاعلي المعياري المحيط تقدمتطور في إلى VIمهما يرجع والفضل ،

Macintosh منبر على منذ Motorolaالمبنيمنبر. بينما، . Intelالبداية ذلك في يفلح لم

3: البينية- الوصالت معايير تطوير

28

تقليص إلى أدت فقد وجلي، واضح المعيارية دور. التطوير مجهود في مهم كمي

وأوصلت بالتوازي حدثت التطورات هذه إلى VIكلتطبيقات وتنفيذ تطوير عملية في مسيطرة أداة

بواسطة فيها المتحكم خالل VIاألجهزة VIمن . في متوفر هو كما ذاته الجهاز داخل متواجدة

. بين التفريق يجب الحديثة الذبذبات راسم VIأجهزةو األجهزة حول مع VIالمبنية المتسقة أو المتوافقة

الحاسوب. مع بينية بوصلة مرتبط جهاز كل األجهزةمتسم أو متوافق مثل VIمع Compatibleيسمى

GPIB ، RS232C ...الحاسوب مع التوافق أن رغم ، . بينما يتغير أن تحتاج VIيمكن األجهزة حول المبنية

مبينة التشغيلية وقدراتها لتشغيلها، حاسوب إلى . توصيلها يمكن األجهزة هذه مثل الحاسوب حول

الحاسوب بموصل أو Computer Busمباشرةبشاسي مثل Chassisبتوصيلها شعبي أو VXIجهاز

PXI .

البفيو برنامجالصناعة، في يستعمل تطويري نظام هو البفيو برنامج . اآللي التحكم وتطبيقات التعليم القياس، التجارب،

بالرسوم البرمجة على مبني البرنامج هذا ) البيانية) الصورية Graphical Programmingواألشكال

Language العقد من الكثير من موصلة nodesمكون . البرمجة بعكس اليمين إلى اليسار من البعض، ببعضهااآللية الترجمة يحوي البفيو برنامج التقليدية النصية

من Continuous Auto-Compilingالمستمرة والعديد . بحيث، المعطيات إظهار و تحليل لتصميم، الوظائف . يبدأ البفيو مباشرة الخطأ وقع أين البرنامج يخبرك . مثل ليست البفيو مخططات أن كما الصفر من العدوالمكثفات المقاومات من المكونة الكهربائية الدوائر

المتكاملة لغات. ICsوالدوائر يعوض البفيو برنامج . بعينيك ترى البفيو في النصوص على المبنية البرمجةببعضها وتوصيلها أجهزة بإضافة نظامك تبني كيفجهاز من وسريانها البيانات تدفق تتابع كما ، البعض . كتابة إلى تحتاج ال البفيو باستعمال البرمجة آخر إلى

. هجاء 29وال

30

انسترمنتس ناشيونال شركة من برنامج NIالبفيوالختبار أداة وهو الصناعي، الميدان في رائد

. بداية منذ النظم في والتحكم القياس، للتصميم،سنة واألكاديميون، 1986استعماله المهندسون ،

تطوير في البفيو اختاروا الذين العالم، حولخالل من لمشاريعهم واألشكال بالرسوم البرمجةالمنتج، في النوعية ربحوا المنتج تصميم مراحل . التصنيع في الدقة من وكثيرا لتسويقه، أقصر زمناوإشارات البينية الوصلة مع البفيو محيط بتكاملعلى للحصول البيانات تحليل الحقيقي، العالم

إلى الدفع يمكن النتائج، وتقاسم الدقيقة، المعلومة . البفيو أن بما التنظيم خالل من باإلنتاجية األماممع والتآلف البرمجة عند المرونة صفة يمتلكالقياس، بالتجربة، الخاصة الجاهزة األجهزة

مراقبة. من تمتد تطبيقات إقامة يمكن والتحكمالمعقدة النظم محاكاة حتى البسيطة الحرارة درجة

فيها . والتحكم

البفيو،● برامج باستعمال البرامج كتابةافتراضية أجهزة .VIsالمسماة

وتصحيح● ،اكتشاف العلل إزالة من التمكن. متعددة تقنيات باستعمال األخطاء

االفتراضية● األجهزة وظائف من كل معالجةVIs. لالستعمال الجاهزة

محددة● لمواصفات وفقا بينية وصالت تصميم. المستعمل طرف من

شكل● على ونشرها ملفات في البيانات حفظ. خريطة أو بياني مخطط

ألغراض● البيني الناقل تستعمل تطبيقات خلقالتسلسل GPIBعامة أجهزة Serialأو

Instruments. .DAQاستعمال● البيانات لتحصيل

لمعالجة ● لالستعمال جاهزة تحليل وظائفالبيانات.

وأداء● للسرعة المثلي الحلول عن البحثتصميمها تم التي البفيو برامج

31

32

متقدمة ● تقنيات استعمال ) البني) .Structuresكالهياكل

في● .VIsالتحكم البيانات ونشرتطبيقات● خلق في البفيو استعمال

معينة. منتج البفيو أن القول يمكن هذا، كل بعد

روابط على يحتوي واسع، و شامل ممتازو متنوعة، ، عديدة وبرامج أدوات من

. تالءم نزعة له البفيو للتطور قابلةالمعيارية البينية الوصالت مع وتتكيف

مثل ,Fire-wire, USB والجديدةBluetooth .... الوصالت تحتل بدأت التي

مثل أن ..RS232C, GPIB التسلسلية كمامن الكثير مع التواصل ميزة له البفيو

المحاكاة MATLAB, Simulink برامج

االفتراضية واألجهزة VIالبفيوبتطور VIالحد تنفيذ LabVIEWمرتبط تم حيث ،

( ) بالرسومات الصورية البرمجة نموذج أولالبفيو. بقي قرن ربع من أكثر ومنذ واألشكال

. البفيو استمد الصورية البرمجة عرش على متربعافي الجاهزة البرامج حزمة من Appleأفكاره

Macintosh .وطورLabVIEW2 كمترجمCompiler مفسر من بدال . Interpretبرامج هذه جاهزة لبرامج

بكيفية األداء من حسنت المعتمدة الجديدة التقنيةسنة. في طرح 1992معتبرة عن LabVIEWتم

. استعمال تعميم تم ثم وندووز LabVIEW3طريقسنة. 1993سنة ... Macintosh, PC, SUNفي وفينظام 1999 في متوفرا البفيو في. Linuxأصبح

البفيو . 6نسخة النسخة في االنترنت استعمال تمالمساعدات 7البفيو واستعمال التبسيط تم

المساعد Express & Assistantsوالمسرعات والشخصي PDA.. 33الرقمي

34

نسخة الزمن LabVIEW RTتوجد لتطبيقات موجهةو تسميتها Bridge VIEWالحقيقي، يمكن و

LabVIEW Industrial الميدان لتطبيقات موجهةسر، كلمة في تتمثل حماية باستعمال الصناعي . والمحوالت الحساسات من الكثير مع وتتعامل

LabVIEW RT مع للتعامل البداية، في صمم، . الحقيقي الزمن وتطبيقات الموزعة الحوسبةأن هو وندووز باستعمال البفيو تشغيل مشكلةالحقيقي الزمن في تشغيل نظام ليس وندووز

RTOS تعدد من بدال العمليات تعدد مع يتعامل وهو ،بدون. العمل بتوقيت RTOSالمهام بالتحكم يسمح ال

. أن كما التطبيق عمليات تأخير بزمن وال الحلقات،ذاكرة سعة من تحد ألحاسوبي التوزيع عمليات

برمجة. يمكن جهاز RTالمعالج مع FPGAبالتوافق . الحقيقي بالزمن المرتبطة المهام من عدد لتحقيق

: منها نذكر كثيرة، البفيو تفوق أسبابتطبيقات • لتطوير ومالئما قويا محيطا يوفر

األجهزة.•. األجهزة هذه مع البينية الوصالت برامج توفر

من لكثير متوفرة البفيو في المشغلة البرامجاألجهزة

كما • الذبذبات راسم داخل البفيو تحميل يمكن. الذبذبات راسم داخل من البفيو استعمال يمكن

حسب • يتصرف أن الذبذبات لراسم يسمح البفيوVI. المستعمل اختيار وحسب

. VIتطور الصورية البرمجة أدوات تطور إلى أدىاعتبار بالرسومات VIلكن، البرمجة على محدودة

. تنفيذ يمكن صحيح غير فقط VIواألشكالبتمديد التقليدية، البرمجة لغات باستعمال

مثل . الترجمة برامج باستعمال أو CVIالمكتبات،LabVIEW أن يعني البفيو VIهذا على حكرا ليست

. التداخل يمكن كما البيانات تدفق محيط على وال . البفيو و التقليدية البرمجة بين

35

36

البينية الرسوم وصلة كل ( Graphical User Interfaceللمستعمل)

GUI : عنصرين من مكونة اعتبارها يمكن . المسطر والكود البينية المستعمل وصلة

حسب تتغير لم البينية المستعمل وصلةأي الصوري أو التقليدي االستعمال

. الكود حالة في واألشكال بالرسماألمور تظهر البداية، في المسطر

مثل. التقليدية اللغات في الكود مختلفةC ،الروتين أو البرامج من عددا يحوي

لغة في ( Gبينما أثرا) نرى ال الصوريةمن. مجموعة هو نراه ما كل للنصالبعض ببعضها مرتبطة األيقونات

. الفرق لكن، األلوان متعددة بخطوط . الفرق البرمجة طريقتي بين بسيطقائمتي بين الفصل في هو المالحظ

مع يتماشى وهذا والمخارج، المداخل . بين الفصل البيانات تدفق فلسفة

بيانات تغيير من الروتين يمنع القائمتينالدخل.

والتوقعات المستقبلاألجهزة باستعمال النظم تصميم مستقبل

االفتراضيةاالفتراضية بسط VIاألجهزة في مستمرة

من متزايد عدد في وتستعمل قدراتهافقط. ليس استعماله، يمكن البفيو التطبيقاتولكن الحاسوب، على االختبار برامج خلق في

و مغمورة معالجات باستهداف التصميم فيمبرمجة التكنولوجيا. FPGAشبكات هذه هدف

مجاالت في يستخدم فريد، محيط توفير هوتعريف حتى االختبار نظم تصميم من عديدة

. العمل يمكنهم االختبار مهندسو المواد وظائفالمناسبة الوظائف باستعمال النظم على

وظائف لمعرفة المرافقة البرامج وتسخيرالتيار. لقياس برامج خلق فيمكن النظم

أجهزة .... باستعمال الصعود وزمن المستمر . يمكن كما تراكيب شكل على افتراضية

الزمن في البيانات لتحليل البفيو استعمال ) ( مرشح فلتر خوارزمية تعريف أو الحقيقي،

......FPGAباستعمال .

37

38

تزداد االفتراضية األجهزة أداء إمكانية إن . لألجهزة كبديل اعتمادها تم لقد يوم بعد يوما

. موازاة التطبيقات من الكثير في التقليديةوشبه المستمر الحاسوب تطور مع

الهائلة البرامج قدرات و الموصالت،واألوضاع، الحاالت كل مع وانسجامها

مشوق وضع االفتراضية لألجهزة سيكوناالختبار نظم لتصميم القريب المستقبل في

بوسائل المهندسين وتزويد والقياسوالتحكم القياس ميداني في مساعدة

39

) ( الصورية البرمجة مستقبلواألشكال بالرسوم

السرعة، في يتمثل التقنية هذه مستقبل . أن المحتمل من المتدنية والتكلفة السهولة،

. يساعد وبتسارع التقنية هذه نحو التوجه يتزايدبرمجة التطور هذا في FPGAفي المتوفرة

. من التقليدية البرمجة في تتوفر وال البفيوفي مستقبال البفيو نطاق يتوسع أن المحتمل ) ( ، المغمورة المطوقة ،النظم الموزعة البرمجة

... الحقيقي الزمن يشابهها إدماجه RTوما تمكود باستعمال البفيو في Xilinxفي نجح و

مثل التراكيب استعمال. PXIبرمجة تزايد معFPGA تصبح سوف مفتوح، معياري كنظام

من أساسيا جزءا الحقيقي الزمن وظائفالهدف. أصبحت الذكية الحساسات البفيو

باستعمال. أن FPGAالمنشود من نتأكد أن يمكنالرقمية اإلشارات لمعالجة المادية المكونات

DSP . ذكيا حساسا تمثلباختصار

على: مثال الشكلالكود تطويرفي الصوري البفيو

40

الجهاز بين الربط على مثال البفيوصوري محيط عنه نتج والبرمجة

للغة والمرونة باألداء يتمتع تطويريو المستوى عالية وظائف مع البرمجة،

خصيصا صممت تراكيب أشكال . واألتمتة القياس لتطبيقات

Virtual Instrumentation Applicationsاالفتراضية األجهزة تطبيقات

• Design التصميم– Signal and Image Processing معالجة

والصور ا إلشارة– Embedded System Programming

النظم برمجة) المطوقة) المطمورة

• (PC, DSP, FPGA, Microcontroller)– Simulation and Prototyping محاكاة

...ونمذجة• Control تحكم

– Automatic Controls and Dynamic Systems وتحكم ديناميكية نظم

– Mechatronics and Robotics -ميكانيكاربوت ...الكترونية

• Measurements قياسات – Circuits and Electronics الكترونية دوائر

– Measurements and Instrumentation وقياساتأجهزة

41

Design Prototype Deploy

A single graphical development platform

Spectrum of Control Applicationsالتحكم تطبيقات مجاالت

42

Process Control

في التحكمالعمليات

Precision Machine Control

اآللة دقة في التحكم

Motion Control

الحركي التحكم

Flight Control

في التحكمالطيران

Engine Control

المحركات في التحكم

Industrial Control الصناعي ( Embedded Control التحكم ( المطمور المطوق التحكم

Control Applications التحكم تطبيقاتاآللي

اآللي، التحكم نظم مناقشة عند . المتعددة التطبيقات لذهننا يتبادر

. الصناعي المحيط في التحكم نظمحيث الزيوت، تكرير عملية فمثال،

هذه في جدا مهم التحكم دورتستعمل. اآللي التحكم نظم الصناعة

التي الصناعات من كثير فيالتي المبرمجة، الحاكمات تستعمل

التكاملي التناسبي الحاكم تنفذالموزعة التحكم نظم أو التفاضلي، . نظام يستعمل حجما أكبر نظم في

اإلنتاج مصانع في التحكم . يستخدم كما المتعددة االستهالكيالسيارات، مصانع في اآللي التحكم

التحكم اإللكترونيات، الطائرات،وآالت المحركات، في بدقةومتقدمة متعددة وتقنيات ، .الغسيل

43

Topics Covered المدروسة المواضيع

A. Review: LabVIEW Environment محيط مراجعةالبفيو

• Front Panel / Block Diagram \ األمية اللوحةالصندوقي المخطط

• Toolbar /Tools Palette \ لوحة األدوات قضيباألدوات

B. The Design Process العملية تصميم1. Modeling نموذج2. Control Design التحكم تصميم3. Simulation محاكاة4. Optimization األمثل الحل عن البحث5. Deployment االنتشار 44

Start » All Programs » National Instruments LabVIEW 8.2

Startup Screen:البدء شاشة

Start from a Blank VI:New » Blank VI

البدايةأو

Start from an Example:مثال من البداية

Examples » Find Examples…

»

or

Review: Open and Run LabVIEWالبفيو: وتشغيل فتح مراجعة

45

LabVIEW البفيو

يستخدم صورية برمجة للغة هو البفيولخلق النصية الخطوط من بدال األيقونات

.تطبيقات

تحدد حيث النصية، البرمجة للغات خالفاالبفيو البرنامج، تنفيذ عملية األوامر

حيث البيانات، تدفق برمجة يستعمليمكن . التنفيذ ترتيب البيانات تدفق يحدد

المرافقة البرامج من الكثير استعمال . التطبيقات لتطوير تخصص كل حسب

المرافقة البرامج .كل

األدوات من كثيرا أيضا يشمل البفيوأجهزة لتشكيل للمساعدة، العرافة

المرتبطة واألجهزة البيانات تحصيلالتطبيقات لبناء .بالحاسبات

46

Review: Creating a Virtual Instrumentافتراضي: جهاز خلق مراجعة

• LabVIEW programs are called Virtual Instruments or VIs.

Vis : افتراضية أجهزة البفيو برامج تسمى• Each VI has two windows

نافذتان افتراضي جهاز لكل– Front Panel User Interface (UI)

المستعمل = ا وصلة األمامية للوحةالبينية

• Controls = User Inputs عناصرمداخل= لمستعملاالتحكم

47

Block Diagram المخطط الصندوقي

Front Panel

اللوحة األمامية

Indicators = Outputs = المخارج المؤشراتBlock Diagram Program Code = البرنامج كود الصندوقي المخطط

Data travels on wires from controlsعناصر من موصالت خالل من تنتقل البيانات

التحكمthrough functions to indicators نحو بالوظائف مرورا

المؤشراتBlocks execute by Dataflow تدفق تنفذ الصناديق

البيانات

48

. virtual instruments )VIs( البفيو برامجالمداخل هي التحكم عناصر

المخارج هي والمؤشراتافتراضية أجهزة تسمى

على يحتوي افتراضي جهاز كلأجزاء :ثالثة

- : تستعمل األمامية اللوحةاألجهزة مع المستعمل لتفاعل

.االفتراضية- : يحوي الصندوقي المخطط

البرنامج في التحكم -.أكوادربط\ : - تمثل رابطة األيقونة

افتراضي بجهاز افتراضي جهاز.آخر

49

بينية مستعمل وصلة نبني البفيو في . وصلة وأهداف أدوات باستعمال

باللوحة تسمى البينية المستعمل .األمامية

عروض باستعمال الكود إضافة يمكنأهداف في للتحكم للوظائف صورية

. الصندوقي المخطط األمامية اللوحة . يشبه عام بشكل الكود هذا يحويسير خريطة الصندوقي المخطط

مع. يتفاعلون المستعملون العملياتالبرامج تنفيذ عند األمامية .اللوحة

و مداخل تغير في التحكم للمستعمل يمكن . الحقيقي الزمن في البيانات تجديد رؤية

التحكم ضبط عناصر مثل للمداخل تستعملضبط إنذار، جهاز قيم لوضع تحكم مسطرة

. برنامج لتوقيف أو تشغيل مفتاح قيم . ترمومتر، كمخارج تستعمل المؤشرات

قيم تنشر المؤشرات من إضاءة،وغيرهاالبرنامج من تشمل 0المخارج أن يمكنها هذه

من وغيرها البرامج، حاالت البيانات،أو. تحكم عناصر لوحة كل المعلومات

المخطط في مناسب نهائي لها مؤشراتتتدفق 0الصندوقي افتراضي، جهاز تنفيذ عند

نحو التحكم عناصر من المخططالقيمفي الوظائف في تستعمل حيث الصندوقي،

أو أخرى وظائف في تمرر والنتائج المخطط،لفات خالل من .مؤشرات

51

Front Panel

اللوحة األمامية

Review: Front Panel Controls Paletteالتحكم: عناصر لوحة األمامية اللوحة مراجعة

(Controls & Indicators والمؤشرات التحكم (عناصر

52

Indicator: Gauge مؤشر

القياس

عددي :ControlتحكمNumeric

التحكم لوحة استعمال يمكنالتحكم عناصر لوضع

اللوحة على والمؤشراتالتحكم. عناصر لوحة األمامية

اللوحة في فقط توجدننقر. اللوحة، لرؤية األمامية

مساحة على الفأرة بيمنى . األمامية اللوحة في مفتوحة

اختيار يمكن :كما

Window » Show Controls Paletteالتحكم عناصر لوحة تحريك ثم

على بالنقر األسفل نحوفي التوصيل طرف دبوس

للوحة اليسرى الزاوية .القمة53

Review: Block Diagram Functions Palettesالوظائف: لوحة الصندوقي المخطط مراجعة

54

Structure: هيكلالحلقة

While Loop

المخطط لبناء الوظائف لوحة استعملفقط. توجد الوظائف لوحة الصندوقي

. لرؤية الصندوقي المخطط علىاختر :اللوحة،

select Window»Show Functions Palette

بالنقر الوظائف لوحة نشر يمكن كمامن مفتوحة مساحة على الفأرة بيمنى

لوحة تحريك ثم الصندوقي، المخططعلى بالنقر األسفل نحو الوظائف

القمة في التوصيل طرف دبوسللوحة اليسرى .الزاوية

55

Block Diagram Window المخطط نافذة الصندوقي

Front Panel Window اللوحة نافذةاألمامية

Numeric Controlsعناصر تحكم عددية

Numeric Indicator

مؤشرات عددية

Review: Block Diagram Terminalsالصندوقي: المخطط نهايات مراجعة

56

األمامية، اللوحة على هدف خلق عندالمخطط على نهائي يخلق سوفتسمح. النهائيات هذه الصندوقي

انطالقا األمامية للوحة ألهداف بالوصول . نهائي كل الصندوقي المخطط كود من

الهدف عن مهمة معلومات يحوي . له المناسب األمامية اللوحة في المتواجدعلى معلومات تعطي الرمز و اللون مثال،

. البيانات نوع فمثال، البيانات نوعمتعددة البيانات من نوع هي الديناميكية

polymorphic data التنفيذ :أشكال

57

58

. البوليانية النهائيات قاتم أزرق نهائياتها لونأخضر . لونها

, أن يجب الخضراء النهائيات عامة بصفة ) األخضر) الزرقاء، بالنهائيات توصل تلف

... دائمة قاعدة ليست هذه وهكذا باألخضر، ) ( لف, بتوصيل للمستعمل يسمح البفيو وسريعة

) بنهائي ) ديناميكية بيانات أزرق نهائي . ) من) الكثير في لكن، كمثل ، كسرية قيم وردي

. اللف عند األلوان مواءمة مراقبة يجب الحاالت،الجهة في سهم على تحتوي التحكم عنصر

. المؤشرات سميكة حدود ولها اليمنىرقيقة وحدود اليسرى الجهة في سهم 0لها

في اللف في المستعملة المنطقية القواعد : تحوي أن يجب لفة كل أن على تنص البفيو

) ( ) وكل) غير ال فقط واحدا تحكم عنصر مصدرامتعددة مقاصد لها تكون أن يمكن لفة

) مؤشرات) .

تحريف وباإلمكان آليا االختيار أداة تمكين تم إذا ) ( في األهداف فوق من الشعرة الشاشة مؤشرسوف الصندوقي، المخطط أو األمامية اللوحة

لوحة من المناسبة األداة آليا البفيو يختارزر. على بالنقر آليا األداة اختيار تبادل األدوات

األدوات لوحة في آليا األداة استعمل 0اختياراختر أو تحكم عنصر قيم لتغيير التشغيل أداة

. وضع أداة استعمل التحكم عنصر داخل النصحجم تغيير أو تحريك، ، الختيار تحجيم وإعادةشكلها. تغير تحجيم وإعادة وضع أداة الهدف

إلعادة هدف زاوية على من تتحرك عندما .تحجيمه

نص تعديل أو لتنقيح العنونة أداة استعمل . إلى تتحول العنونة أداة حرة عناوين وخلق

) ( حرة عناوين خلق عند الشعرة الشاشة مؤشر ) ( .) لكتابة) التوصيل اللف أداة استعمل خاصة

الصندوقي المخطط على معا .األهداف

60

Run Button التنفيذ زر

Continuous Run Button التنفيذ زرالمستمر

Abort Execution اإلجهاض تنفيذ

Execution Highlighting Button تنفيذ زراإلظهار

Additional Buttons on the Diagram Toolbar المخطط أدوات قضيب في إضافية أزرار

Review: Status Toolbar :قضيب حالة مراجعةاألدوات

Retain Wire Values Button قيم حجز زرالوصلةStep Function Buttons وظيفة أزرار الخطوة

61

:Run button التنفيذ ا٠ زر على نقريظهر التنفيذ زر االفتراضي، الجهاز لتنفيذ

جهازا االفتراضي الجهاز كان إذا أسود بسهمله ليس يعني على، مستوى من افتراضيا

افتراضيا جهازا ليس أنه يعني وهذا ألوان.فرعيا

Continuous Run button التنفيذ ٠ زر على أنقر :المستمر

أو اإلجهاض حتى االفتراضي الجهاز لتنفيذالمؤقت على 0التوقف النقر أيضا يمكن كما

لتعطيل ثانية مرة التنفيذ( 0الزر حجب يجب المستمر االفتراضي، الجهاز تنفيذ خالل ،

جهاز تنفيذ توقيف التنفيذ إجهاض زر تفاديحتى. بيانات تدفق ترك يجب كما افتراضي

الجهاز تنفيذ لتوقيف طريقة صمم أو النهايةبرمجيا العملية، 0االفتراضي بهذه القيام عند

معروقة حالة في االفتراضي الجهاز 0يكونلتوقيف األمامية اللوحة على زرا ضع فمثال،

عليه النقر عند االفتراضي .الجهاز:

62

63

مؤقتا، ٠ تنفيذ لتوقيف مؤقت توقيف زر أنقريقوم المؤقت، التوقيف زر على النقر عند

في المؤقت التوقف مكان بإظهار البفيو . التوقف زر على بالنقر الصندوقي المخطط

الجهاز تنفيذ الستمرار أخرى مرة المؤقت .االفتراضي

االفتراضي، للجهاز الطباعة حرف شكل لتغيير ) ( واللون ، الطراز النسق Text Settings الحجم،

النص أوضاع :اختر ) أفقي، ) عمودي، األهداف، محاذاة لصف

يسار خترا٠ Align Objects ...يمين، :ضغط األهداف، بين مسافات لخلق ، ...

Distribute Objects األهداف ا٠ توزيع ختر : األمامية اللوحة أهداف وطول عرض .لتغيير

Resize Objects اختر٠

• Block diagram executionالصندوقي المخطط تنفيذ

– Dependent on the flow of dataالبيانات تدفق حسب

– Block diagram does NOT execute left to right

من ينفذ ال الصندوقي المخططاليمين على اليسار

• Node executes when data is available to ALL input terminals

البيانات تكون عندما تنفذ العقدةالدخل نهايات لكل جاهزة

• Nodes supply data to all output terminals when done

المخارج نهايات كل تزود العقدةبالبيانات

Review: Dataflow Programmingالبيانات: تدفق برمجة مراجعة

64

لتنفيذ البيانات تدفق نموذج يستعمل البفيو . صندوقي مخطط عقدة االفتراضية األجهزة . متوفرة مداخلها بيانات كل تكون عندما تنفذ ) تموين ) إمداد يتم عقدة، تنفيذ ينتهي عندما

الخرج بيانات تمرر و بالبيانات المخارج نهائيات . في البيانات تدفق مسار في التالية للحلقة

البرنامج لعناصر التتابع ترتيب البيانات، تدفق . في نالحظ كما للبرنامج التنفيذ ترتيب يحددنتيجة ضرب ثم عددين بجمع يقوم المخطط،

باثنين المخطط 0الجمع ينفذ الحالة، هذه فيألن ليس اليمين، على اليسار من الصندوقي

ألن ولكن الترتيب، هذا في موضوعة األهداف ( ساري صالح غير يكون الضرب مداخل أحد

البيانات( وتمرر الجمع عملية تتم حتى المفعول . فقط تنفذ العقدة أن تذكر الضرب لوظيفة

نهائيات كل في متوفرة البيانات تكون عندمانهائيات لكل البيانات بإمداد وتقوم مداخلها،

. الثانية القطعة في التنفيذ نهاية بعد فقط الخرجالسريع االفتراضي الجهاز محاكاة للكود،

لإلشارة Simulate Signal Express VI

65

66

التحكم عناصر من المداخل يتلقى . بهذا اإلشارة لراسم نتائجها ويمرر

- ضرب الجمع عملية اعتبار يمكنمتواجدان اإلشارة كود ومحاكاةالصندوقي المخطط نفس على . أنهما يعني هذا التوازي وعلى

نفس في التنفيذ في يبدآن سوفباستقاللية ينفذان لكن و اللحظة

. الحاسوب كان إذا اآلخر عن كلمن كثيرا الكود هذا ينفذ الذي

من القطعتان هاتان المعالجات،عن الواحدة باستقاللية تنفذا الكود

معالجها) واحدة لكل األخرىتكويد( أي إضافة بدون .الخاص

Review: Context Help Windowالمساعد: سياق نافذة مراجعة

مفتاح <Ctrl+H>للمساعدة على اضغط• Help»Show Context Help, press the <Ctrl+H> keys سياق نافذة

المساعد• Hover cursor over object to update window

67

أيقونة فوق الفأرة مؤشر حركاالفتراضي الجهاز

– Right-Click on the VI icon and choose Help, or

على الفأرة بيمنى وأنقرواختر Detailed Help األيقونة

– Choose “Detailed Help.” on the context help window

Context Help window المساعد سياق نافذة . ) معلومات) هدف كل فوق من الشعرة الشاشة

األجهزة تشمل المساعد سياق أهدافاللوحات، البني، الثوابت، الوظائف، االفتراضية،

) األحداث،) الطرق، ، المواصفات الخواصالحوار صناديق .ومكونات

نختار المساعد سياق نافذة :لنشر Help»Show Context Help

على : ونضغط<Ctrl+H> keys, or press the Show Context Help Window

button in the toolbar

To display the Context Help window, select Help»Show Context Help, press the <Ctrl+H> keys, or press the Show

Context Help Window button in the toolbarConnections displayed in Context Help:

68

69

المساعد سياق خالل من تنشر التي :الروابطRequired – bold -عريض أسود متطلب

Recommended – normal -) عادي ) مزكي به موصىOptional – dimmed ) ( باهت- معتم اختياري

Additional Help إضافات• VI, Function, & How-To Help is also available. أجهزة

متوفر تساعد كيف وظائف& افتراضية،– Help» VI, Function, & How-To Help

– Right-click the VI icon and choose Help, Help أنقرواختر االفتراضي الجهاز أيقونة الفأرة بيمنى

– Choose “Detailed Help.” on the context help window. Detailed Help اختر :أو

• LabVIEW Help – reference style help - البفيو مساعدالمساعد طراز مرجع

– Help»Search the LabVIEW Help… مساعد عن البحثالبفيو

Review: Textual Math in LabVIEWالبفيو: في ألرياضياتي النص مراجعة

• Integrate existing scripts with LabVIEW for faster development البفيو التعليق ربطأسرع لتطوير

• Interactive, easy-to-use, hands-on learning environmentالتعلم محيط في عملي االستعمال، سهل تفاعلي،

• Develop algorithms, explore mathematical concepts, and analyze results using a single environment

النتائج وتحليل الرياضيات، أساسيات استكشاف الخوارزمية، تطويرالمحيط نفس في

• Freedom to choose the most effective syntax, whether graphical or textual within one VI حرية

النصية أو الصورية الجمل تركيب اختيار افتراضي جهاز باستعمال

70MATLAB ® is a registered trademark of The MathWorks, Inc.

71

Supported Math Tools: ألرياضياتية األدواتالمساندة

MathScript script node المخطوط عقدةألرياضياتي MathSoft software

ألرياضياتي البرنامجMathematica software ماتيماتيكا برنامج

MATLAB® software ماتالبMaple software مابل برنامج Xmath

software ماث إكس

Overview مراجعةأصبحت الثامنة، البفيو نسخة بإطالق

الجمل تركيب أهم اختيار حرية لنامن كان مهما التقني، للحساب الفعالة

اكتشاف الخوارزميات، تطوير ناحيةتحليل أو اإلشارات، مبادئ معالجة

إلى. المخطوط تحويل يمكن النتائجفي الخوارزميات وتطوير أداة

بعملية بالقيام الصندوقي المخططمثل رياضياتية أدوات مع :تفاعلية

The MathWorks Inc. MATLAB software, Mathematica, Maple, Mathcad, IDL and Xmathمع ألرياضياتية األدوات هذه استعمال

حسب متعددة بطرق تتم البفيو.الحاجة

Communication with vendor software through LabVIEW node: مع االتصال

البفيو عقدة خالل من البرامج :مروجي

72

73

Xmath node, MATLAB script node, Maple* node, IDL* node

Communication with vendor software through VI Server: البرامج مروجي مع االتصال

خدمة وحدة خالل :منMathematica* VIs, and Mathcad* VIs

وما البفيو برنامج من ثمانية نسخة فيحدسية برمجة بين الجمع ،يمكن تالها

باستعمال البيانات لتدفق : صوريةMathScript ألرياضياتي- :المخطوط

موجهة، رياضياتية نصية برمجة لغة وهيالشعبية البرمجة لغة مع تتوافق :

popular m-file script language.

Review: Math with the MathScript Nodeألرياضياتي: المخطوط وعقدة الرياضيات مراجعة

• Implement equations and algorithms textually

نصيا والخوارزميات المعادالت تطبيق• Input and Output variables created at the border

الحد عند والمخارج المداخل متغيرات تولد• Generally compatible with popular m-file script language

) الشعبية) اللغات مخطوطات مع عامة متسق متوافق• Terminate statements with a semicolon to disable immediate output

74

Prototype your equations in the interactive MathScript Window.التفاعلية ألرياضياتي المخطوط نافذة في المعادالت نموذج

(Functions»Programming»Structures»MathScript)

لغوي أساسي نص بإضافة البفيو تحسنخوارزميات لتطبيق The MathScript Node طبيعي

ألرياضياتي المخطوط عقدة . الصوري البرمجي المحيط في رياضياتية

- كتبت التي الرياضياتية المخطوطات ملفاتالمخطوط نافذة من انطالقا وحفظت

عقدة في واستعمالها فتحها يمكن ألرياضياتيألرياضياتي :المخطوط

M-file scripts you’ve written and saved from the MathScript window can be opened and used in the

MathScript node. في كونت التي ألرياضياتي المخطوط ملفات

. أيضا تنفيذها يمكن أخرى رياضياتية برامجالجمل بأخذ يسمح ألرياضياتي المخطوط

. يمكن المشاكل لحل لها ترتاح التي المكبةعقد مع للتعامل أدوات إلى المعادالت تحويل

البرامترات، عن للكشف ألرياضياتي المخطوطنهائي مشروع في تنفيذها أو .المحاكاة،

75

76

The MathScript Node: المخطوط عقدةألرياضياتي

• Located in the Programming»Structures sub-palette. الفرعية اللوحة في توجد

• Resizable box for entering textual computations directly into block diagrams.

إلدخال الصندوق تحجيم إعادةفي مباشرة الحسابية النصوص

الصندوقي المخطط• To add variables, right-click and choose

Add Input or Add Output : إلضافةونختار الفأرة بيمنى ننقر متغيرات،

• العقدة .على

77

• Name variables as they are used in formula. (Names are case sensitive.) المتغيرات تسمية

القانون في مستعملة هي .كما• The data type of the output can be changed by

right-clicking the input or output node. نوعبيمنى بالنقر استبدالها يمكن الخرج بيانات

الخرج أو الدخل عقد على .الفأرة• Statements should be terminated with a semicolon

to suppress output. تنتهي أن يجب العبارات ) ( الخرج طمس لكتم نقطة بفاصلة

• Ability to import & export m-files by right-clicking on the node. وتصدير استيراد إمكانيةالفأرة بيمنى بالنقر ألرياضياتية الملفات

Review: The Interactive MathScript Windowالتفاعلية: ألرياضياتي المخطوط نافذة مراجعة

• Rapidly develop and test algorithms واختبار تطوير الخوارزميات

78

(LabVIEW»Tools»MathScript Window)

Output نافذةالخرج

Window

Variable مساحةعمل المتغيرات

Workspace

View/Modify \مشاهدةمحتوى تغييرالمتغيرات

Variable ContentsUser Commands أوامر

المستعملm-file Scriptالملفات مخطوطألرياضياتية

• Share Scripts and Variables with the Node

المخطوطات مشاركةالعقد مع والمتغيرات

• View /Modify Variable content in 1D, 2D, and 3D

المتغيرات\ تغيير رؤية

حيث تفاعليا محيطا توفر ألرياضياتي المخطوط نافذة . نافذة بالحسابات والقيام نموذج شكل على تصنيفها يمكن

تركيب في تشتركان العقدة و ألرياضياتي المخطوطمن التحرك تجعل والعمومية الشاملة والمتغيرات الجمل

. مراجعة األخطاء وبأقل سهلة التنفيذ إلى التصنيفالمتغيرة البيانات لمشاهدة مناسبة طريقة توفر البيانات

( كرت توفر حالة في سمعية و ومخططات، صور كأعداد، .صوتي(

Help for MathScript ألرياضياتي المخطوط مساعد

تفاعل محيط نافذة باستعتمال المساعد إلى الوصول يمكنألرياضياتي .المخطوط

Type Help in the command window for an introduction to MathScript help المساعد نافذة على أكتب Help للوصول

Help followed by a function will display help specific to that function

الوظيفة بتلك الخاص المساعد إذا Help +function .تنشر أضفنا

Features of the interactive MathScript Window نافذة مميزاتالتفاعلية ألرياضياتي المخطوط

79

80

• Prototype equations and formulas through the command Window نافذة خالل من والقوانين المعادالت تصنيفاألوامر

• Easily access function help by typing Help <function> in the Command Window المساعد إلى الوصول سهولة

• Select a variable to display its data in the Preview Pane and even listen to the result المتغيرة بيانات نشرومشاهدتها

• Write, Save, Load, and Run m-files using the Script tab باستعمال الملفات وتنفيذ تحميل، حفظ، كتابة،المخطوط

• Share data between the MathScript Node in LabVIEW and the MathScript Window using Global Variables

و ألرياضياتي المخطوط عقدة بين البيانات إشراكالمتغيرات باستعمال ألرياضياتي المخطوط نافذة الشاملة

• Advanced plotting features and image export features والمتقدمة المرسوم مميزات الصور تصدير مزايا

Review Exercise: Introduction to LabVIEWمراجعة :تمرين

الكتلة× = التسارع القوة ْObjectives: األهداف• Calculate the Acceleration given Force and Mass بمعرفة التسارع حساب

والكتلة القوة• Become familiar with the LabVIEW Environment البفيو محيط معل التعامل

onAcceleratiMassForce

81

: البفيو إلى مدخل مراجعة تمرينلقانون النموذج حساب بتبسيط نقوم النموذج، كتابة في للبدء

التقليدي :نيوتن a=F/m القانون من التسارع نحسب F=m*a : سوف

كمدخل والقوة الكتلة .باعتبار

على - للحصول األمامي اللوح على الفأرة بيمنى أنقر : عمودي و وعمودي عددي التحكم عناصر لوحة

.انزالقيإلى - :اذهب

Navigate to the Modern » Numeric sub-palette by left-clicking

الفأرة بيسرى . .بالنقرa)Left click the Numeric control. الفأرة بيسرى أنقر

التحكم عنصر .علىb)Left click on the Front Panel to place the control. أنقر

عنصري لوضع األمامي اللوح على الفارة بيسرى.التحكم

c) The name of the control will be highlighted. Start typing to rename this control to “Mass (kg)”

.( كيلوغرام . ( كتلة إلى االسم بتغيير ابدأ يظهر سوفالتحكم عنصر اسم

d)Repeat steps a-d with a Vertical Pointer Slide. Name this control “Force (N)” أعيد

82

83

a) العمودي التحكم لعنصر بالنسبة المراحل نفس.أالنزالقي

1.Create a front panel gauge indicator مؤشر تكوين ( األمامي( اللوح في المعايرة القياس

a)In the Controls Palette, navigate to the Modern » Numeric sub-palette في و األمامية، اللوحة :في

b)Select the Gauge indicator مؤشر اختر ( األمامي( اللوح في المعايرة القياس

c)Place and name this indicator “Acceleration (m/s2)” ضعالتسارع المؤشر هذا سمي و

2.Notice how corresponding terminals appeared on the white block diagram. في النهائيات تظهر كيف الحظ

( ) األبيض الصندوقي المخطط3.Place a divide function on the block diagram عالمة ضع

الصندوقي المخطط في قسمةa)In the Functions Palette, navigate to the Programming »

Numeric sub-palette الوظائف لوحة في ،b)Select and place the Divide function. ضع ثم اختر

قسمة عالمة

The Design Process النظام تصميم

1. Modeling – Identify a mathematical representation of the plant للنظام- رياضياتي عرض تعريف تحقيق نموذج

2. Control Design – Choose a control method and design a controller - تحكم طريقة اختيار التحكم تصميم

الحاكم وتصميم3. Simulation – Employ a point-by-point approach to simulate

the system timing with a solver -طريقة نستعمل محاكاةباستعمال - النظام توقيت لمحاكاة نقطة نقطة

حل أداة4. Tuning and Verification – Introduce real-world nonlinearities,

tune, and verify the control algorithm - وتحقيق ضبطخوارزمية من والتأكد الالخطي، الضبط إدماج

التحكم5. Deployment – Implement the finalized control system6. نظام- تحقيق نشر

النهائي التحكم84

للحاكم مثلى قيمة على الحصول يمكن .) ( يأتي الفهم هذا النظام العملية بفهمتصميم وحدة في المتوفر التحليل من . تخصصية مخططات والمحاكاة التحكم

الجذور، موقع بودي، مخطط مثلعن فكرة تعطي نيكويست، ومخطط

.) ( إضافية تحاليل النظام العملية تصرفحالة في المخططات هذه باستعمال

الحاكم بوجود مفتوحة حلقة ذي نظامومواصفات االستقرار بدراسة تسمح

. الهدف، لهذا حسابها يمكن أخرىالقيمة لحساب تحكم تصميم نستعمل

. الخاصة الحالة في للبرامترات المثلىقيم تخص دراستها بصدد نحن التي

- - التفاضلي، التكاملي التناسبي الحاكمحالة في الزمنية االستجابة مخططات وفكرة لتعطي الدخل، في خطوة إشارة

كزمن للنظام، المثالي التصرف عن ) ( زمن ، التجاوز التعدي الصعود،

حالة في الخطأ و االستقرار،.االستقرار

85

86

صحة من للتأكد الوحدة محاكاة حينئذ يمكنناأو قيد عوائق حالة في البرامترات هذه

القيمة. في تتمثل األمثلة هذه أول تحفظوالتيار للجهد الصغرى والقيمة العظمى . الجهد حدود المحرك لتغذية المتوفران

. خارج للعملية الخطي المدى تحدد للمحركخاص نموذج حساب يمكن ال الذي المدى، هذاعدم و المحرك عمل على يؤثر أن ويمكن به،

. المحيط على مثال هذا بعمله التنبؤخاص نموذج حساب يمكن ال الذي الالخطي،

بالنظم الخاصة القوانين باستعمال بهالتحكم . تصميم وحدة في المتوفرة الخطية

بمحاكاة أما فتسمح المحاكاة وحدة . مثال التشبع، تجميع باستعمال الالخطيات

في كتابته يمكن أخرى الالخطيات تصرفالصيغة ألرياضياتي، البفيو،المحطوط

دمجها يمكن البفيو،و في للعقدة ألرياضياتيةفرعي افتراضي كجهاز الوحدة .في

Step 1: األولى الخطوة Modeling النمذجة

Identify a mathematical representation of the plantللنظام رياضياتي عرض تعريف تحقيق

The Design Process النظام تصميم

1. Modeling – Identify a mathematical representation of the plant عرض - تعريف تحقيق نمذجة

للنظام رياضياتيCreate a model that describes the motor speed given an input

voltage. باستعمال محرك سرعة يمثل نموذج خلقدخل جهد

2- Control Design – Choose a control method and design a controller

3-Simulation – Employ a point-by-point approach to simulate the system timing with a solver

4-Tuning and Verification – Introduce real-world nonlinearities, tune, and verify the control algorithm

5- Deployment – Implement the finalized control system88

للحاكم مثلى قيمة على الحصول يمكن .) ( من يأتي الفهم هذا النظام العملية بفهمالتحكم تصميم وحدة في المتوفر التحليل

مثل. تخصصية مخططات والمحاكاةومخطط الجذور، موقع بودي، مخطط

تصرف عن فكرة تعطي نيكويست، .) باستعمال) إضافية تحاليل النظام العملية

حلقة ذي نظام حالة في المخططات هذهبدراسة تسمح الحاكم بوجود مفتوحة

يمكن أخرى ومواصفات االستقرارتصميم. نستعمل الهدف، لهذا حسابها

. للبرامترات المثلى القيمة لحساب تحكمدراستها بصدد نحن التي الخاصة الحالة في

- - التكاملي التناسبي الحاكم قيم تخصالزمنية االستجابة مخططات و التفاضلي،لتعطي الدخل، في خطوة إشارة حالة فيكزمن للنظام، المثالي التصرف عن فكرة

) ( االستقرار، زمن ، التجاوز التعدي الصعود،االستقرار حالة في الخطأ .و

89

90

هذه صحة من للتأكد الوحدة محاكاة حينئذ يمكننا . أول تحفظ أو قيد عوائق حالة في البرامترات

والقيمة العظمى القيمة في تتمثل األمثلة هذهلتغذية المتوفران والتيار للجهد الصغرى

المدى. تحدد للمحرك الجهد حدود المحرك . يمكن ال الذي المدى، هذا خارج للعملية الخطي

على يؤثر أن ويمكن به، خاص نموذج حساب . على مثال هذا بعمله التنبؤ عدم و المحرك عمل

نموذج حساب يمكن ال الذي الالخطي، المحيطبالنظم الخاصة القوانين باستعمال به خاص

أما . التحكم تصميم وحدة في المتوفرة الخطيةالالخطيات بمحاكاة فتسمح المحاكاة وحدة

. تصرف مثال التشبع، تجميع باستعمالفي كتابته يمكن أخرى الالخطيات

الصيغة ألرياضياتي، البفيو،المحطوطفي دمجها يمكن البفيو،و في للعقدة ألرياضياتية

فرعي افتراضي كجهاز .الوحدة

Why Model? النموذج لماذاA model represents a physical system فيزيائيا نظاما يمثل النموذج• Inputs and outputs have real-world units لها والمخارج المداخل

حقيقية وحدات• It is often a simplification of the system’s behavior اختصارا تمثل

النظام لمحيطMany types of systems can be modeled يمنكن النظم أنواع من كثير

تنمذج أن• Mechanical systems الميكانيكية النظم• Electronic circuits اإللكترونية الدوائر• Analog and digital filters والرقمية التماثلية المرشحات• Thermal and fluid systems السوائل ونظم الحرارية النظم

Models can be represented in many ways تعرض أن يمكن النماذجمتعددة بطرق

• Transfer function التحويل دوال• State space الحالة فضاء• Others وغيرها...

91

Modeling with the Transfer Functionالتحويل دالة باستعمال النمذجة

92

A transfer function provides a mathematical description or model for how the Inputs and Outputs of a system are related. توفر التحويل دالةدخل بين العالقة لتفسير نموذجا أو ألرياضياتي الوصف

نظام وخرجمحركا النظام كان :إذا

In this case, the system is a motor.• Motor input is voltage الجهد هو المحرك دخل• Motor output is angular velocity السرعة زاوية هي المحرك خرج

النموذج من مشتق النظام نموذج الحالة، هذه في

استجابة. بقياس تتم أن يمكن البديلة الطريقة الفيزيائيالبفيو باستعمال نموذج واشتقاق محدد لدخل .النظام

2)(

)(

mmeq

m

m

m

KsRJ

K

sV

s

Transfer function التحويل دالةنظام خرج بين الرياضياتية العالقة تمثل

. ) تمثل ) عامة، بصفة ودخله العملية التحكم ) ( مقسمة العملية النظام لخرج البالس بتحويل

باعتبار النظام لدخل البالس تحويل على . يمكن كما للصفر مساوية البدائية القيم

زاد بتحويل التحويل دالة :تمثيلZ-Transform.

عبارة تكون أن يمكن التحويل دالة وخرج دخل ... هذه في نيوماتية كهربائية، ميكانيكية،

دخل ويكون مثال محركا النظام يكون الحاالت . الحصول يمكن سرعة وخرجه جهدا النظام

الفيزيائي للنموذج التحويل دالة على ... أو الحركية الفيزيائية المعادالت باستعمال

نظام وحدة مثل أدوات باستعمال بتقديرالبفيو في 93.التعريف

QNET DC Motor Control Trainerمستمر تيار محرك في تحكم نموذج

94

The model in this course is based on the مستمر تيار محرك نموذج نستعمل

Quanser QNET DC Motor.

تغذية فولت 24بجهد• The motor is a 24 volt DC motor The motor is highly linear in terms of its speed given a voltage عن وينتج خطي المحرك

سرعة الجهد• We will use the Control Design Toolkit

functions to create the mathematical model in LabVIEWلتصميم وظائف وحدة نستعمل سوف

نموذج على والحصول التحكم عمليةالبفيو في .رياضياتي

Electrical الكهربائية المعادالت1.

2.

3.

Mechanical الميكانيكية المعادالت4.

5.

6.

7

الكهربائية المعادالت في التغيير بعد

Deriving the Motor Modelالمحرك نموذج بناء

mm R L :where

95

Motor Diagram

Fixed Magnets

Motor Coil

Brushes

Drive Shaft

Encoder

Inertial Mass

0 :where d T

m

m

V

Ω

eqn) Electricalin e(substitut

Motor model derivation from Quanser QNET Interactive Learning Guide. Copyright ©2005, by Quanser Inc. All rights reserved.

mΩ

مواصفات امن عليه يحصل مستمر تيار محرك نموذجوالكهربائية الميكانيكية .النظام

النظام . دخل بين العالقة تمثل التي التحويل دالةعلى الزاوية السرعة قسمة هي النظام (ωm) وخرجه خرج

الزاوية السرعة :هوالنظام دخل .جهد

(Ωm/Vm)=km/(Rm*Jeq*s+km2)

:حيثkm = Motor back-EMF constant (V/(rad/s)) القوة ثابتة

المعاكسة الكهرومغناطيسيةRm = Motor armature resistance (Ohms) الحركي الذراع

المقاومJeq = Equivalent moment of inertia (kg*m2) (Assume that

Jeq=Jm(Motor armature moment of inertia)) عزم مكافئيالذاتي القصور

سوف التي العملية نموذج تمثل هذه التحويل دالة . يستعمل النظام نموذج الالحقة التمارين في تستعمل

المحرك مع يختبر سوف الذي الحاكم، نموذج لتصميم.الحالي

96

Motor Specifications Sheet المحرك مواصفات

Symbol DescriptionValue القيمة

Unit الوحدة

Motor: المحرك

Rm

Motor armature resistance. كتلة مقاومةالمحرك

3.30 ohms

Kt Motor torque constant . المحرك عزم ثابت 0.0280 N.m

Km

Motor back-emf constant المحركة القوة ثابتةالعكسية

0.0280 V/(rad/s)

Jm

Moment of inertia of motor rotor القصور عزمالمحرك لدوار الذاتي

9.64e-6 kg.m2

Ml

Inertial load disc mass القرص كتلة حمل0.033 البدائية kg

rl

Inertial load disc radius القرص جذر حملالبدائي

0.0242 m

Pulse-Width Modulated Amplifier: المعدلة المكبر نبضة عرض

Vmax

PWM amplifier maximum output voltage عرضأكبر خرج لجهد المعدلة المكبر 24 نبضة V

PWM amplifier maximum output current عرضأكبر خرج لتيار المعدلة المكبر 5 نبضة A

PWM amplifier gain المكبر كسب 2.3 V/V

2mmeq

m

KsRJ

K

mV m

)(MotorPlantVelocityAngular

VoltageInput

m

mV

LabVIEW Control Design Toolkitوالتحكم للتصميم البفيو وحدة

• Construct and analyze system models نماذج وتحليل بناءالتحكم

• Design basic and advanced control algorithms تصميمأساسية تحكم خوارزميات

متقدمة و• Simulate response of controller

designs استجابة محاكاةالحاكمات تصاميم

• Analyze control efficiency and stability interactively تحليلواالستقرار الحاكم كفاءةتفاعليا

98

Constructing Models Graphicallyصوريا النماذج بناء

99

• Create continuous and discrete time modelsزمنيا ومتقطعة مستمرة نماذج خلق

• Models can be created symbolicallyرمزيا النماذج بناء يمكن

لخلق االفتراضي الجهاز بناء نموذج استعملنموذج مواصفات وتغيير صورية خطية نظم نماذج

جهاز. بناء نموذج استعمال يمكن كما نظامقراءة ملف، في نظام نموذج لحفظ افتراضيعلى الحصول أو ملف، من نظام نموذج شكل

لنموذج مرئي .تمثيلتحكم تصميم وحد استعمال في األولى الخطوة . خالله من ينفذ نموذج على الحصول في تتمثل

دالة مع يتعامل أن يمكن تحكم تصميم وحدو األقطاب كسب نماذج الحالة، فضاء التحويل،

:األصفارThe Control Design Toolkit can work with Transfer

Function (TF), State Space (SS), and Zero Pole Gain (ZPK) models. متجانسة كمجموعات النموذج يخزن

ألداء آخر إلى افتراضي جهاز من تمريرها يمكنواحد نموذج على متعددة .عمليات

100

Constructing Models Textuallyنصيا النماذج بناء

101

MathScript allows models to be created using m-file syntax.الجمل باستعمال النماذج بتكوين يسمح رياضياتي مخطوط

لغة باستعمال بناؤها يمكن النماذجالمخطوط وظائف مع النصية البرمجة

. التحكم مصمم في ألرياضياتيألرياضياتي المخطوط عقدة نستعمل

المخطط في منطقة لتعريف . المخطوط النصية للبرمجة الصندوقيدالة مع يستعمل أن يمكن ألرياضياتي

فضاء كسب التحويل، نماذج و الحالة، . المجموعة واألقطاب األصفار

عن المعلومات تحوي التي المتجانسةالمخطوط عقدة عن الناتج النموذج

المجموعة شكل نفس له ألرياضياتيالجهاز نظام بناء عن الناتجة المتجانسة

باالستعمال يسمح و االفتراضي،والبرمجة النصية البرمجة بين المتبادل

.الصورية

102

Exercise 1a: األول التطبيقCreate and Display a Transfer Function

تحوي دالة ونشر لخلق

• Use physical specifications to create a plant model.تحويل دالة لخلق فيزيائية مواصفات استعمل

• Build a transfer function with Control Design Toolkit.• تحكم تصميم برنامج باستعمال تحويل دالة وبناء

103

2mmeq

m

KsRJ

K

mV m

)(MotorPlant

VelocityAngular

VoltageInput

m

mV

1. Build the VI block diagram افتراضي جهاز مخطط تجميع بناءOpen a blank VIand save it as i from the Getting Started screen. بفتح نبدأ

باسم ونحفظه صندوقي Exercise_1a.v :مخططSwitch to the block diagram (<Ctrl+E>) الصندوقي المخطط إلى ننتقلPlace the CD Construct Transfer Function Model.vi on the block diagram.

:نضع الصندوقي المخطط فيFrom the functions palette, select ونضع نختار الوظائف لوحة : منPlace the CD Construct Transfer Function Model.vi من بالسحب ونضع

خاللAddons»Control Design»Model Construction»CD Construct Transfer

Function Model.vi الصندوقي المخطط في بالسحب .ونضعها

and place it on the block diagram. From the drop-down menu select مناألسفل نحو الهبوط خالل

Single-Input Single-Output (Symbolic). نحتار Right-click the Symbolic Numerator input terminal of the CD Construct

Transfer Function Model.vi الفأرة بيمنى ننقرand select Create»Control from the shortcut menu. القائمة ونختار

المختصرةRight-click the Symbolic Denominator input terminal of the CD Construct

Transfer Function Model.vi على الفارة بيمنى :ننقرand select Create»Control from the shortcut menu. القائمة من ونختار

المختصرةRight-click the Variables input terminal of the CD Construct Transfer

Function Model.vi على الفأرة بيمنى : ننقر104

105

and select Create»Control from the shortcut menu. من نختارالمختصرة القائمة

Place the CD Draw Transfer Function Equation.vi on the block diagram. From the functions palette, select

ونختار الصندوقي المخطط في نضع :بالسحبAddons»Control Design»Model Construction» CD Draw Transfer

Function Equation.vi and . األسفل نحو وبالهبوط الصندوقي المخطط في ونضعها

:نختارplace it on the block diagram. From the drop-down menu select

Transfer Function. التحويل دالة دخل بنهائي التحويل دالة خرج نهائي وصل

نموذجWire the Transfer Function Model output terminal of the CD

Construct Transfer Function Model.vi to the Transfer Function Model input terminal of the CD Draw Transfer Function Equation.vi.

معادلة نهائي خرج الفأرة بيمنى : أنقرRight-click the Equation output terminal of the CD Draw Transfer

Function Equation.vi and select Create»Indicator from the shortcut menu. من مؤشرا نكون

المختصرة القائمةDouble-click the label of the picture indicator,. على مرتين ننقر

التسمية نعيد و المؤشر عنونةand rename it Plant EquationSave the VI. االفتراضي الجهاز نحفظ

Exercise 1b: التمرين Create and Display a Transfer Function

تحويل دالة ونشر خلق

106

2mmeq

m

KsRJ

K

mV m

)(MotorPlant

VelocityAngular

VoltageInput

m

mV

Exercise 1b: تمرين1. Build the VI block diagram. للجهاز صندوقي مخطط بناء

االفتراضيOpen a blank VI and save it from the Getting Started screen. من

البدء شاشةas Exercise_1b.vi ونحفظها أبيضا افتراضيا جهازا نفتح

:باسمSwitch to the block diagram (<Ctrl+E>) المخطط إلى ننتقل

الصندوقيPlace a MathScript Node on the block diagram. Right-click to

open the functions palette and select . الصندوقي المخطط في ألرياضياتي المخطوط عقدة نضع

ونختار الوظائف لوحة لفتح الفارة بيمنى :وننقرProgramming»Structures»MathScript Node. Enter the following code inside the MathScript Node: أدخل

ألرياضياتي المخطوط عقدة في التالي الكود%Motor Model عنونةnum = [K]; البسطden = [J*Rm K^2]; المقامsys = tf(num,den); النظام تحويل دالة تكوين

107

108

Right-click on the left border of the MathScript Node and select Add Input. Enter K as input. Right-click

لعقدة األيسر الحد على الفأرة بيمنى أنقردخل إضافة واختبر ألرياضياتي المخطوط

بيمنى أنقر ثم الكسب قيمة الفأرة K وادخلالكسب نهائي دخل على

the input terminal of the K variable and select Create»Control from the shortcut menu. ونكون

تحكم عنصرRight-click on the left border of the MathScript

Node and select Add Input. Enter Rm as input. Right-click

عقدة األيسر الحد على الفارة بيمنى ننقرونختار ألرياضياتي :المخطوط

Rm الدخل قيمة Add Input:وندخلRm للمتغيرة الدخل نهائي الفأرة بيمنى ننقر ثمthe input terminal of the Rm variable and select

Create»Control from the shortcut menu.Create»Controlونختار :

التحكم عنصر .لتكوين

109

Right-click on the left border of the MathScript Node and select Add Input. Enter J as input. Right-click

الذاتي القصور عزم قيمة ننقر Add Input .وندخلونختار األيسر الحد على الفأرة :بيمنى

the input terminal of the J variable and select Create»Control from the shortcut menu.

سبق كما تحكم عنصر .ونكونRight-click on the right border of the MathScript

Node and select Add Output. Enter plant as output. Add Output األيمن الحد على الفأرة بيمنى ننقر

ونختار ألرياضياتي المخطوط :لعقدة وندخلplan .كدخل البيانات نوع في plan......ونختار

على الفأرة بيمنى ننقر :النهايةRight-click on plant and select Choose Data

Type»Add-ons»TF objeCT

Step 2: الخطوة Control Design تحكم تصميم

Choose a control type and design a controllerالحاكم وصمم التحكم نوع اختر

The Design Process

111

Use feedback to control the speed of the motor in the presence of disturbances.

المحرك سرعة في للتحكم الخلفية التغذية استعملالتشويش بوجود

بفهم للحاكم المثلى القيمة على الحصول يمكن) جيدا ) النظام التحليل 0العملية من يأتي الفهم

. البفيو في التحكم تصميم وحدة في يتم الذي ، المتخصصة البيانية والمخططات الرسومات

ومخطط الجذور، موضع بودي، كمخططتصرف عن فكرة تعطي نيكويست،

.) ذي) نظام حالة ،في أدق تحليل العملية النظامبدراسة تسمح حاكم بوجود مفتوحة، حلقة

أخرى ومواصفات حسابها االستقرار، 0يمكنتصميم استعمال يمكن الموضوع، هذا فيكالكسب مثلى، قيم على للحصول التحكم

. االستجابة التفاضلي التكاملي، التماثلي،المثالي التصرف على سريعة فكرة توفر الزمنية

.للنظام

القمة، على الوصول زمن الصعود، زمن مثلاالستقرار زمن ...التعدي،

112

Control Systems التحكم نظم• A control system consists of a Controller model and a Plant

model. ونموذج حاكم نموذج من التحكم نظام يتكونفيها متحكم عملية

• Control systems can be open or closed loop. التحكم نظممغلقة أو مفتوحة تكون أن يمكن

• حاكم فيها متحكم عملية

113

2mmeq

m

KsRJ

K

s

1+ _Setpoint Output

mV mPID

Controller )(MotorPlant

error

ونموذج حاكم، نموذج من عادة يتكون التحكم نظام ) فيها) متحكم نظام إلى 0عملية يرسل الحاكم خرج

ذي 0العملية نظام في . ينتج النظام دخل من يطرح العملية خرج ، مغلقة حلقة

يمثل الخطأ هذا الخطأ، يسمى فرق الطرح عملية عن . الخلفية بالتغذية العملية هذه تسمى الحاكم .دخل

1. Plant (Motor) Model ) المحرك ) لنموذج العملية نظامهذه . 0 في للنظام رياضياتي تمثيل هي العملية

المحرك هي العملية .الحالة،radians per second (ωm). الزاوية السرعة هو والخرج

ثانية الجهد 0 ,(Vm) :راديان هو المحرك دخل

2. Controller Model: PID الحاكم نموذجدخال 0 ويولد رياضياتية بخوارزمية يمثل الحاكم نموذج

المخطأ قيمة على مبنية العملية .لنموذج• PID (Proportional, Integral, Derivative) 0 ،التناسبي الحاكم

التفاضلي التكاملي،ةالتحكم . في عادة تستعمل رياضياتية خوارزمية وهو

الخطأ 0 هو التفاضلي التكاملي التناسبي الحاكم دخلدخل قيمة من النظام خرج قيمة بطر ويحسب

.النظام3. Integrator: 1/s التكاملي العنصر

وحدة( تناسب لوحدة الزاوية السرعة أي المحرك .) العملية) خرج لتحويل يستعمل وضع زاوية الدخل

114

PID Control Algorithm - تناسبي حاكم خوارزميةتفاضلي- تكاملي

- - تفاضلي: تكاملي تناسبي PID تعنيخوارزمية :وتمثل

- Linear, Single Input Single Output (SISO) ووحيدة الدخل وحيدة خطية، :الخرج

Uses error from feedback as control input الخلفية التغذية من الخطأ تستعمل

للتحكم كدخل– Proportional: Proportional linear reaction to error مع خطي تتناسب

الخطأ– Differential: React more when signal is changing quickly التفاضلي

بسرعة اإلشارة تغير عند أكثر يتفاعل– Integral: React when error is present over a long period of time التكاملي

طويلة زمنية لدورة الخطأ وجود عند يتفاعل

115

+ _ PIDSetpoint θ Output θ

PID controller التكاملي التناسبي الحاكمالتفاضلي

معامالت العملية، استثارة على يعمل:الحاكم

Kp, ,Kd and Ki PID controller.التناسبي الحاكم عمل لضبط تستعمل

التفاضلي التكاملي“e” represents the tracking error, التتبع خطأ

المرغوب الخرج بين الفرق ويمثل . للحاكم يرسل الخطأ هذا الحالي والخرج

. يقوم التفاضلي التكاملي التناسبيالتفاضلي التكاملي التناسبي الحاكم

والتكامل التناسب معامالت بحسابللخطأ خرج 0والتفاضل يرسل بعدها

إلى التفاضلي التكاملي التناسبي الحاكمخرجا العملية تولد وبهذا ، العملية دخل

. الخطأ هذا يغذى التجميع خطأ يمثل آخرالتكاملي التناسبي للحاكم خلفيا

العملية. تعاد وهكذا .التفاضلي

116

117

A proportional controller (Kp)0 التناسبي الحاكم

خطأ و الصعود زمن تقليص على يعملاالستقرار .حالة

A derivative control (Kd)0 التفاضلي الحاكمالنظام، استقرار زيادة على يعمل

االستجابة تحسين و التجاوز، تقليص .العابرة

an integral control (Ki) 0 التكاملي الحاكمحالة خطأ على القضاء على يعمل

ولكن الصعود، زمن تخفيض االستقرار،االستقرار زمن قيمة من .يزيد

Constructing a PID Controller with Control Design Toolkit - - تفاضلي تكاملي تناسبي حاكم بناء

تحكم تصميم وحدة باستعمال• Create a PID model in the

form of a transfer function نموذج خلق

- تكاملي- تناسبيتحويل لدالة تفاضلي

• Model can then be interconnected with plant model يمكن النموذج

بينيا متصال يكون أنمتحكم عملية بنموذج

فيها

118

PID

Controller

التفاضلي التكاملي التناسبي للحاكم نموذج بناءحاكم نموذج يخلق التحكم مصمم باستعمال

. تحويل دالة شكل على تفاضلي تكاملي تناسبيمع التنفيذ، أشكال متعدد افتراضي جهاز وهذا

تفاضلي تكاملي تناسبي حاكم نموذج اختياراتتكاملي تناسبي حاكم نموذج التوازي، علىتناسبي حاكم نموذج أو أكاديمي، تفاضلي

. الدروس هذه في التوالي على تفاضلي تكامليالتكاملي التناسبي الحاكم نموذج نستعمل سوف

التوازي على ..التفاضليthe PID Parallel Model: في تستعمل التالية لمعادلة

التوازي نموذج :حالةU(s)/E(s) = Kc + Ki/s + Kds/(Tfs+1)

119

Control Design Model Interconnectionبينيا متصل تحكم تصميم نموذج

Series:توالي

120

A B

A

B

+

+

A

B

+

-

Parallel:توازي

Feedback:تغذية خلفية

Graphical صوري MathScript مخطوط رياضياتي

باستعمال بينيا توصل أن يمكن النظم نماذجنصيا أو صوريا إما التحكم لتصميم البفيو 0وحدةأن يمكن الصورية البينية the Model التوصيالت

Interconnection palette األجهزة باستعمال تكونمن انطالقا البفيو في :االفتراضيةالبينية التوصيالت نموذج لوحة نفس 0وتعني

باستعمال نصيا تكون أن يمكن البينية التوصيالتألرياضياتي المخطوط .عقدة

البيني التوصيل نماذج من المختلفة األنواعالتغذية: توصيل و التوازي، التوالي، تشمل

التحكم. . تصميم وظائف خالل من الخلفيةواحد ونموذج للدخل اثنان نموذجان وظيفة لكل

.للخرج

121

122

• Create a Series model graphically with the CD Series VI, or textually with the Series() function.

مصمم باستعمال صورية توالي نماذج تكوين يمكننصيا أو التوالي، على االفتراضية لألجهزة تحكم

التوالي وظائف .باستعمال• Create a Parallel model graphically with the CD Parallel VI,

or textually with the Parallel() function.مصمم باستعمال صورية توازي نماذج تكوين مكن

نصيا أو التوازي، على االفتراضية لألجهزة تحكمالتوازي وظائف .باستعمال

• Create a Feedback model graphically with the CD Feedback VI, or textually with the Feedback() function.

باستعمال صوريا خلفية تغذية نموذج تكوين يمكنبالتغذية االفتراضية لألجهزة التحكم مصمم

.الخلفيةتستعمل . البينية التوصيالت من المختلفة األنواع

بتكوين مكتملة تحكم نظم لتكوين معا غالباالمتحكم النظم و الحاكمات من مؤتلفة مجموعة

.فيها

Control Design Model Interconnection (Math Script) ( مخطوط بينيا متصل تحكم تصميم نموذج

(رياضياتي

• Use MathScript commands to interconnect models

رياضياتي مخطوط استعملبينيا النماذج لربط

• Types of interconnection:البينية التوصيالت :أنواع

– Series توالي– Parallel توازي– Feedback خلفية تغذية– Append ملحق

123

2mmeq

m

KsRJ

K

s

1mV m

)(MotorPlant

Output

ألرياضياتي المخطوط وظائفتشمل التحكم مصمم في

. البيني التوصيل نماذج وظائفتكون سوف التوصيل وظيفة

لنماذج مكافئا خرج نموذجالموصلة بينياالدخل .

124

• Connect models in series and parallelوالتوازي التوالي على النماذج توصيل

• Create feedback loops مغلقة حلقة خلق

Control Design Model Interconnection (Graphical) ) ( صوري بينيا متصل تحكم تصميم نموذج

125

2mmeq

m

KsRJ

K

s

1+_Setpoint Output

mV mPID

Controller )(MotorPlant

error

أن يمكن التحكم تصميم نماذج . نصيا أو صوريا إما بينيا توصل

بينيا االفتراضية األجهزة توصيلمكافئا خرج نموذج يكون سوف

بينيا الموصلة الدخل .لنماذج

126

Time Response Analysis الزمنية االستجابة تحليل

• Parametric Time Responseالبارامترية الزمنية االستجابة

• Overshoot ) التجاوز) التعدي• Rise Time الصعود زمن• Steady State Error االستقرار حالة خطأ

127

الزمنية لالستجابة االفتراضي الجهازخطية محاكاة لتكوين يستعمل أن يمكنالزمني البياني الرسم مجال في عامة

خطوة، إشارة الدخل إشارة تكون عندما . يمكن بدائية لقيم االستجابة و نبضة،

البيانات نشر و بيانيا، النتائج رسمالخطية المحاكاة تخص البارامترية

128

Displaying Frequency Response and Dynamic Characteristics Data

الديناميكية وبيانات الترددية االستجابة نشر

الخاصة

129

Evans plot نس إيفاsingle-input single-output (SISO) system لرسم يستعمل

ذي لنظام المغلقة الحلقة أقطاب مسار أو مخطط - منفرد خرج منفرد دخل

الصفر من يتغير الخلفية التغذية كسب يتغير عندماالنهاية ما .إلى

CD Bode: بودي تحكم مصممXY graph في النظام لنموذج والطور السعة يرسم

مخطط راسم

CD Nyquist: نيكويست تحكم مصمم . االفتراضي الجهاز للنظام نيكويست مخطط يرسم

قيمتها مقابل الترددية لالستجابة التخيلي الجزء يرسم.الحقيقية

CD Pole-Zero Map: األصفار خريطة لرسم تحكم مصممواألقطاب

التخيلي المستوى في األقطاب XY graph .أي يرسمراسم في نظام لنموذج واألصفار

130

Control Design Analysis and Displayونشره تحكم تصميم تحليل

131

Perform general linear simulations in the time domain خطية محاكاة تحقيق

زمنيا عامة

Analyze models in the frequency domain تردديا النماذج تحليل

Calculate dynamic properties of a model لنموذج الديناميكية الخواص حساب معين

Review: While Loops :الفترة حلقات مراجعة

• terminal counts each iteration كل حساب نهائي تكرار

• Always runs at least once ينفذ عادة

األقل على مرة• Runs until stop condition is

metيالقي حتى ينفذ

التوقف شروط

132

While Loop الفترة حلقةفي التكرار حلقة في يحدث ما مثلتنفذ الفترة حلقة النصية، البرمجة

شرطا تالقي حتى فرعيا .مخططحتى الفرعي المخطط تنفذ الفترة حلقة

يتلقى دخل نهائي أو شرطي نهائيمعينة بوولية .قيمة

هو االفتراضي :البديلStop If True

. الحلقة تنفذ صحيحا كان إن توقف أيصحيحة قيمة تتلقى :حتى

TRUE value ( نهائي اليسار في مبين التكرار نهائي

يجب( التي التكرار عدد يحوي خرج .إتمامها

الصفر من عادة يبدأ التكرار .حساب

133

Exercise 2: الثاني التمرينConstruct a PID Controller - تناسبي حاكم بناء

تفاضلي- تكاملي

134

Exercise 2: الثاني التمرين1. Open a blank VI from the Getting Started screen. Save the VI as Exercise 2.vi. أبيضا افتراضيا جهازا نفتح

باسم :ونحفظه2. Go to the block diagram (<Ctrl+E>) الخطط إلى نذهب

الصندوقي3. and place a while loop down. فترة حلقة ونضع4. Right-click to open the functions palette and select ننقر

الوظائف لوحة لفتح الفأرة بيمنى5. Programming»Structures»While Loop. ونختار:

6. Click and drag on the block diagram to make the while loop the correct size. الصندوقي المخطط في ونسحب ننقر

الحجم ضبط مع الفترة .حلقة7. Place the CD Construct PID Model.vi on the block

diagram. التناسبي الحاكم لبناء االفتراضي الجهاز نضعالتفاضلي التكاملي

135

136

1. From the functions palette, select نختار الوظائف لوحة :من2. Addons»Control Design»Model Construction»CD Construct PID

Model.vi 3. and place it on the block diagram. المخطط في ونضعها

الصندوقي4. From the drop-down menu select PID Parallel. إلى بالهبوط

نختار :أسفل5. Right-click the Kc input terminal of the CD Construct PID

Model.vi : Kc المعامل الفأرة بيمنى ننقر6. and select Create»Control from the shortcut menu. تكوين ونختار

تحكم عنصر7. Right-click the Ki input terminal of the CD Construct PID

Model.vi Ki المعامل الفأرة بيمنى ننقر8. and select Create»Control from the shortcut menu. تكوين ونختار

تحكم عنصر

Exercise 2: تابع الثاني التمرينRight-click the Kd input terminal of the CD Construct PID Model.vi Kd

المعامل على الفأرة بيمنى ننقر16. and select Create»Control from the shortcut menu. تكوين ونختار

تحكم عنصر17. Right-click the High Frequency Time Constant [s] (Tf) بيمنى ننقر

على الفأرة18. input terminal of the CD Construct PID Model.vi دخل تمثل وهي

التفاضلي التكاملي التناسبي الحاكم لبناء االفتراضي الجهاز نهائي19. and select Create»Constant from the shortcut menu. نختار ثم

ثابت تكوين20. Place the CD Series.vi on the block diagram. جهاز مصمم نضع

الصندوقي المخطط على التوالي

137

138

21. From the functions palette, select نختار الوظائف لوحة :من 22. Addons»Control Design»Model Construction»CD Series.vi23. and place it on the block diagram. المخطط على ونضعها

الصندوقي 24.F rom the drop-down menu select Transfer Function and

Transfer Function. نختار األسفل نحو :بالهبوط25. Wire the Transfer Function Model output terminal of the CD

Construct PID Model.vi to the Model 1 input terminal of the CD Series.vi. ( جهاز ( بدخل الحاكم تحويل دالة خرج نلف نوصلالتوالي

27. Place the CD Feedback.vi on the block diagram. From the functions palette, المخطط على التحكم مصمم نضع

الوظائف لوحة من انطالقا .الصندوقي28. select Addons»Control Design»Model Construction»CD

Feedback.vi ونختار:29. and place it on the block diagram. المخطط في ونضعها

الصندوقي30. From the drop-down menu select نحو الهبوط قائمة من

نختار :األسفل31. Transfer Function and Transfer Function. ودالة تحويل دالة

تحويل

Step 3: Simulation الثالثة الخطوة

Test the controller and incorporate real-world nonlinearities

الالخطية الدوال وادمج الحاكم جرب

The Design Process

140

Test the motor and controller with real-world timing and a continuous time solver.مستمر زمن في حل وأداة حقيقي بتوقيت والحاكم المحرك جرب

بفهم للحاكم المثلى القيمة على الحصول يمكن) جيدا ) النظام الذي 0العملية التحليل من يأتي الفهم

. الرسومات البفيو في التحكم تصميم وحدة في يتمبودي، كمخطط ، المتخصصة البيانية والمخططات

عن فكرة تعطي نيكويست، ومخطط الجذور، موضع .) ( نظام حالة ،في أدق تحليل العملية النظام تصرف

بدراسة تسمح حاكم بوجود مفتوحة، حلقة ذيأخرى ومواصفات حسابها االستقرار، في 0يمكن

التحكم تصميم استعمال يمكن الموضوع، هذاالتماثلي، كالكسب مثلى، قيم على للحصول

. فكرة توفر الزمنية االستجابة التفاضلي التكاملي،للنظام المثالي التصرف على .سريعة

القمة، على الوصول زمن الصعود، زمن مثلمن ... للتأكد المحاكاة وحدة استعمال عند التعدي،

حقيقية عوائق تحت البارامترات هذه .صحةالصغرى والقيمة الكبرى القيمة هي األمثلة هذه أحد

المحرك لتغذية المتوفران والتيار .للجهد . خارج للعملية الخطي المدى تحدد المحرك جهد حدود . هذه دقيق غير ويصبح المحرك يتأثر أن يمكن المدى،وحدة في تمثيلها يمكن التي الالخطيات تمثل الحالة

.المحاكاة

141

LabVIEW Simulation Module البفيو وحدةللمحاكاة النمطية

• Develop dynamic systems such as motor controllers and hydraulic simulators with LabVIEW المحرك حاكمات مثل الديناميكية النظم تطوير

البفيو باستعمال الهيدروليكية والمحاكاة• Implement your dynamic systems with real-time I/O using built-in LabVIEW data

acquisition functions الحقيقي الزمن في الديناميكية النظم تنفيذالبفيو\ في البيانات تحصيل وظائف باستعمال خرج دخل

• Simulate linear, nonlinear, and discrete systems with a wide array of solvers باستعمال المتقطعة النظم و الخطية، الخطية، النظم محاكاة

الحل أدوات من .مجموعة• Deploy dynamic systems to real-time hardware with the NI LabVIEW Real-Time

Module بواسطة الحقيقي الزمن في الديناميكية النظم تنفيذالبفيو في الحقيقي الزمن وحدة باستعمال المادية .المكونات

• Translate models from The MathWorks, Inc. Simulink® into LabVIEW with built-in utility

من النماذج بترجمة :القيام MathWorks, Inc. Simulink® into LabVIEW المبنية الخدماتية المنفعة وحدات .باستعمال

142

النظم محاكاة تدمج البفيو في المحاكاة وحدة . تضيف كوحدة، البفيو محيط في الديناميكية

. حلقة البفيو في جديدة وظائف المحاكاة وحدة ، الخطية العمليات نمذجة يمكنها المحاكاة

النظم في تحكم أو مستمرة و متقطعة، الخطية،عنصر مثل صندوقية، مخططات شكل على

التحويل، دالة مجمعات و تفاضل، عنصر تكامل،تحكم وعناصر بيانية مخططات تضيف وبهذا

. نماذج استيراد يمكن وبالمقابل، النماذج الختبارأو البفيو في التحكم تصميم وحدة في مطورة

النظم تعريف نظام .وحدةبتغيير تسمح التفاعلية البفيو أدوات طبيعةعملية نتائج تسجيل عملية خالل البرامترات

عقدة. بواسطة بناؤها يتم التي النماذج المحاكاةالزمن في لهدف تحمل أن يمكن المحاكاة

الحقيقي للزمن البفيو وحدة باستعمال الحقيقيالمكونات باستعمال والمحاكاة التحكم لتصنيف

الحلقة في .الماديةLabVIEW Real-Time Module for control prototyping and

hardware-in-the-loop (HIL) simulation.

143

The Simulation Loop المحاكاة حلقة

• Built in Differential Equation Solver allows continuous-time systemزمنيا مستمرة نظم الستعمال التفاضلية المعادالت حل أداة بناء

• Similar to a While Loop with a predefined time periodزمنيا التعريف سابقة دورة لها الفترة حلقة مثل

• Installed with Simulation Module محاكاة وحدة مع مركبة• Double-click Input Node to configure simulation parameters• المحاكاة بارمترات لتشكيل الدخل نواة على مزدوج نقر• Create an indicator on the Output Node to display Simulation errors عند مؤشر خلق

المحاكاة أخطاء لنشر العقدة خرج

144

Input Node العقدة دخل

Main Loop الحلقة الرئيسية

Output Node العقدة خرج

المحاكاة وحدة عنصر تمثل المحاكاة حلقةلحلقة. مطورة نسخة عن عبارة وهي الرئيسي

التفاضلية المعادالت حل عنصر تدمج التي الفترةو والخارجية، الداخلية التوقيت مواصفات العادية،

قدرات ذات برمجية تقاطع .منصةالزمن نظم تنفيذ يمكن المحاكاة وحدة مع

. تتكون المتقطع الرقمي المجال في المستمرأجزاء ثالثة من :الحلقة

Input node (Left)- ) يسارا ) العقدة دخل . برمجيا المحاكاة بارامترات بتعريف يسمح

) ( ساكنة استاتيكية تكون البرامترات هذه افتراضيا،دخل المزدوج بالنقر تشكيلها يتم أن ويمكن

الهامش. على بالنقر توسع أن ويمكن العقدةألسفل السحب و المعالجة النتزاع للعقدة السفلي

إضافية برامترات .لعرضMain loop – الرئيسية الحلقةتمثيله المراد النظام يوضع .حيث

Output node (Right) – ) ( يمين العقدة خرجدالة مثل المحلقة، في وقعت التي األخطاء يرجع

سليمة الغير .التحويل

145

Simulation Loop Parameters حلقة بارامتراتالمحاكاة

• Drag left node to show current parameters and provide inputs for run-time simulation configuration إلظهار اليسرى العقدة إسجب

لتنفيذ مداخل وتوفير الحالية البارومتراتزمنيا المحاكاة تشكيل

• Double-click Input Node to configure simulation parameters العقدة دخل على مزدوج نقر

المحاكاة بارمترات لتشكيل

146

Configuring a Simulation محاكاة تشكيللحلقة تشكيلها يمكن التي البرامترات من الكثير يوجد

.محاكاةSimulation Parameters Tab المحاكاة بارامترات

Simulation Time – المحاكاة زمن “ مدة. ” و المحاكاة زمن دورة دوام مدى يحدد المحاكاة

) ( . معالجة حوسبة زمن يملي ال الزمن هذا المحاكاة تنفيذSolver Method – المعادالت حل أداة

التي العادية التفاضلية المعادلة حل أداة نوع ما يعينفي والتفاضل التكامل أنواع تجميع لحل تستعمل

الحل. أدوات من متعددة أنواع توجد .المحاكاةTime Step and Tolerance – التفاوت حد و الخطوة زمن

به -المسموحالخطوات زمن نافذة في تتحكم هذه الضبط عوامل

. الضبط عوام عادة، البفيو في تستعمل التيتكفي المتوفرة ، االفتراضية

147

148

لزم إذا ضبطها إعادة يجب .ولكنDiscrete Time – التقطيع زمن

في تعمل سوف الذاتي التقطيع زمن اختيارات أن بماباستعمال فسريا البفيو إجبار يمكن المحاكاة، من الكثير

للخطوة معين . حجمTiming Parameters Tab التوقيت بارامترات

تنفيذ عند عادة تستعمل البرنامج توقيت اختياراتوحدة. سرعة حسب المعادلة يحل سوف هذا المحاكاة

نقوم. الحقيقي، الزمن في محاكاة مالحظة يمكن المعالجة ) ووضع) البرنامج في التوقيت اختيارات حجب بتعطيل

المبينة المحاكاة .برامتراتLoop Timing Source – الحلقة توقيت مصدر

توقيت مصدر تغير مادية، مكونات في محاكاة تنفيذ عند . االختيار هذا المتوفرة المادية المكونات بتوقيت الحلقة

مصدر مع المحاكاة تنفيذ تزامن لتحقيق تستعمل أن يمكنلوحة ساعة أو التشغيل، نظام ساعة مثل خارجي، زمن

البيانات .تحصيلLoop Timing Parameters – الحلقة توقيت بارامترات

مصدر باعتبار الحلقة تنفيذ كيفية في تتحكم الخيارات هذه . بالمساعد االستعانة يمكن اختياره تم الذي التوقيت

Generating Simulation Input المحاكاة دخل توليد

• Simulated Signals المحاكاة إشارات– Step Input دخل خطوة إشارة– Impulse نبضة – Front Panel User Input لوحة دخل

األمامية المستعمل• Real World signals حقيقية إشارات

– Data Acquisition Hardware مكوناتالبيانات لتحصيل مادية

150

Simulations can utilize a wide variety of signal sources: من واسعة مجموعة استعمال للمحاكاة يمكن

المصادر إشارات

الكثير تستعمل أن يمكن المحاكاة . المحاكاة إشارة اإلشارات من

النظم استجابات تصنيف في تفيدالمختلفة الحاالت إشارة 0واختبار

جيدة، استجابة تعطي الخطوةسريعة النبضة إشارة ، ...

يمكن المحاكاة، تأكيد بعدلتحل حقيقية إشارة استعمال

. نقوم بذلك المحاكاة إشارة محلآنية بيانات على مبنية .بحسابات

. 151

Capturing Simulation Output خرج التقاطالمحاكاة

152

• Use the Graph Utilities functions to plot one or more signals استعمللرسم البيانية الوظائف اإلشارات

• Plots are updated as the Simulation Loop executes تحديث يتمالذي الوقت في الرسومات

الحلقة فيه تنفذ

هو زمنيا الموجة شكل لمخطط المحاكيمن أكثر أو رسم لنشر خاص عددي مؤشر

. شكل مخطط الشاشة نفس على رسملوحة في يوجد :الموجة

Functions » Control Design & Simulation » Simulation » Graph Utilities » SimTime Waveform

paletteوالصغرى العظمى القيمتين تغيير يمكن

على مرتين بالنقر المحورين من لكل . كما جديدة قيمة وكتابة المعنونة القيمة . كما المحورين من أي عنونة تغيير يمكن

و شكل أو طراز أو أسلوب تغيير يمكن .... على الفأرة بيمنى بالنقر الرسم لون

الرسم .شعار

153

Exercise 3: التمرينSimulate the Motor Control System نظام محاكاة

المحرك في التحكم

• Build a PID controller with Simulation Module. - تناسبي حاكم بناءالمحاكاة- وحدة باستعمال تفاضلي تكاملي

• Create a state model that combines PID controller with existing transfer function. - - التكاملي التناسبي الحاكم تجمع نموذج حالة خلق

المتوفرة التحويل دالة مع التفاضلي• Use different solver methods in the Simulation loop to optimize performance. حلقة في مختلفة حل أدوات طرق استعمل

األداء في أمثل لحل للوصول المحاكاة

154

2mmeq

m

KsRJ

K

s

1+_ PID

Exercise 3: التمرين1.Open Exercise 2.vi. باسم التمرين :افتح2.Save the VI as Exercise 3.vi. االفتراضي الجهاز أحفظ

:باسم3.Remove While Loop الفترة حلقة إزالة

. أنقر الفترة حلقة بإزالة وقم الصندوقي المخطط إلى اذهبال بحيث الحلقة إزالة واختر الحلقة حافة على الفارة بيمنى

الحلقة داخل موجود هو ما .يمسحألرياضياتي بالمخطوط الموصلة التحكم عناصر استبدل

بثوابتK control واختر التحكم ثابت على الفأرة بيمنى :أنقر

Right-click the l and choose Change to Constant. Set the constant to 0.028.

الثابت قيمة ضع .ثم

155

156

Right-click the Rm control and choose Change to Constant. Set the constant to 3.3.

Rm على الفأرة بيمنى :أنقرالثابت قيمة ضع ثم ثابت، إلى التحويل .واختر

Right-click the J control and choose Change to Constant. Set the constant to 9.64E-6.

J على الفأرة بيمنى :أنقرالثابت قيمة ضع ثم ثابت، إلى التحويل .واختر

عقدة ماعدا الصندوقي المخطط من شيء كل بمسح قمبالمخطوط الموصلة الثواب و ألرياضياتي المخطوط.ألرياضياتي

MathScript Node, Kc, Ki, and Kd.

Step 4: Tuning and Verificationتحقيق: 4الخطوة وضع و ضبط

Tune the controller behavior to meet design specifications in a realistic environment اضبطمواصفات على للحصول الحاكم محيط

حقيقي محيط في التصميم

The Design Process التصميم عملية

1. Modeling – Identify a mathematical representation of the plant

2. Control Design – Choose a control method and design a controller

3. Simulation – Employ a point-by-point approach to simulate the system timing with a solver

4. Tuning and Verification – Introduce real-world nonlinearities, tune, and verify the control algorithm : - الحقيقي العالم في إدماج تحقيق وضع و ضبطخوارزمية في تحقيق و ضبط، الخطيات،

أداء – التحكم : بارمترات وضبط حقيقي عالم في الجهد حدود إدماجالحاكم

5. Deployment – Implement the finalized control system

158

.

Introducing Nonlinearities الالخطيات إدماج

• Sources of Nonlinearities مصادرالالخطيات– Saturation تشبع – Noise تشويش– Friction احتكاك

المثالية للنماذج تسبب الالخطياتعن تختلف مسالك تأخذ أن والحاكمات

الحقيقي العالم في المرتقبة .تلك

159

غير تصرفا تسبب الالخطياتالمثالية للنماذج مرتقب

الالخطيات. مصادر والحاكماتالتشويش، التشبع، تشمل

حسابها يمكن ال التي االحتكاك، . وحدة خطي نظام نموذج في

النماذج تحليل يمكنها المحاكاةبمحاكاة وتسمح الالخطية،قبل مثالي الغير تنفيذه.التصرف

160

Nonlinearity Example الالخطيات على مثال

161

في خطي لنموذج مثالية استجابةتحكم تصميم

أضيف تشبع بوجود الحاكم نفسالمحاكاة في

محاكاة وحدة مع تشبع نوع من الخطية إدماجكليا النموذج سلوك تغير أن .يمكن

Kc = 10 تناسبي

Ki = 0تكاملي

Kd = 1تفاضلي

تناسبي حاكم نموذج تكوين تم المثال، هذا في . التحكم تصميم وحدة باستعمال تفاضلي تكامليالتفاضلي التكاملي التناسبي الحاكم بارامترات

للنظام الخطوة استجابة تكون بحيث ضبطها يتم . الحاكم نموذج عندها يستعمل المثالية من قريبة

وحدة الحاكم في بارامترات نفس مع المحاكاةأدمجت حيث التفاضلي، التكاملي التناسبي . الجهد قيمتي تمثل الالخطية تشبع الخطية

الصغرى و .العظمىthe maximum and minimum voltage (24V, -24V)

. تغير التشبع وظيفة إدماج المحرك تغذي التيعن بعيدا تصرفها يكون بحيث النظام تصرف

. الحقيقي التحفظ أو القيد هذا المثالي التصرفإعادة ويجب اآلن من اعتباره يجب التشبع لوظيفة

تفاضلي تكاملي تناسبي الحاكم بارامترات ضبطقيد بوجود أفضل استجابة .إلعطاء

من الكثير ،عادة، تشمل األمثل الحل عن البحثنريد التي المحاكاة و التحكم مصمم بين التكرار

للنظام مقبول أداء إلى للوصول عليها ..الحصول

162

Controller Optimization المثلى القيمة عن البحثللحاكم

Control Design التحكم تصميم• Tune Controller Parameters الحاكم بارمترات ضبط• Estimate Performance األداء تقدير Simulation محاكاة • Introduce Impairments and Nonlinearities والخطيات مؤثرات إدماج

0 Verify Performance األداء تحقيق وضع Controller optimization is an iterative process

تكراري عمل للحاكم المثلى القيمة عن البحث

163

بفهم للحاكم المثلى القيمة على الحصول يمكن) جيدا ) النظام الذي 0العملية التحليل من يأتي الفهم

. الرسومات البفيو في التحكم تصميم وحدة في يتمبودي، كمخطط ، المتخصصة البيانية والمخططات

عن فكرة تعطي نيكويست، ومخطط الجذور، موضع .) ( نظام حالة ،في أدق تحليل العملية النظام تصرف

بدراسة تسمح حاكم بوجود مفتوحة، حلقة ذيأخرى ومواصفات حسابها االستقرار، في 0يمكن

التحكم تصميم استعمال يمكن الموضوع، هذاالتماثلي، كالكسب مثلى، قيم على للحصول

. فكرة توفر الزمنية االستجابة التفاضلي التكاملي،للنظام المثالي التصرف على .سريعة

القمة، على الوصول زمن الصعود، زمن مثلمن ... للتأكد المحاكاة وحدة استعمال عند التعدي،

حقيقية عوائق تحت البارامترات هذه .صحةالصغرى والقيمة الكبرى القيمة هي األمثلة هذه أحد

المحرك لتغذية المتوفران والتيار .للجهد . خارج للعملية الخطي المدى تحدد المحرك جهد حدود . هذه دقيق غير ويصبح المحرك يتأثر أن يمكن المدى،وحدة في تمثيلها يمكن التي الالخطيات تمثل الحالة

.المحاكاة

164

Tuning your PID Controller الحاكم ضبط- التفاضلي- التكاملي التناسبي

Tune PID controller design using the step response تصميم ضبط - - خطوة استجابة باستعمال تفاضلي تكاملي تناسبي حاكم

• Begin with Gains set at: Kc = 1, Ki = 0, and Kd = 0 الكسب قيم

• Increase Proportional Gain (Kc) to get desired rise timeزمن على للحصول التناسبي الكسب معامل قيمة من الرفع

المرغوب الصعود• Increase Derivative Gain (Kd) to reduce overshoot and settling time

من للتقليل التفاضلي الكسب معامل قيمة من الرفع ) االستقرار) زمن و التجاوز التعدي

• Increase Integral Gain (Ki) to reduce steady-state error if necessaryحالة خطأ من للتقليل التكاملي الكسب قيمة من الرفع

الزما كان إذا االستقرار

165

Exercise 4: التمرينTune the Controller الحاكم ضبط

• Change Simulation loop to a continuous model إلى المحاكاة حلقة تحويلمستمر نموذج

• Incorporate nonlinearities into state model. نموذج في الخطيات إدراج الحالة

• Tune PID parameters with a continuous input. - تناسبي الحاكم ضبطمستمر- بدخل تفاضلي تكاملي

166

2mmeq

m

KsRJ

K

s

1+_ PID

Exercise 4: التمرين1. Open Exercise 3.vi. التمرين افتح2. Save the VI as Exercise 4.vi. باسم :أحفظ3. Go to the front panel and place down a Slide Switch control. اللوحة في

انزالقي تحكم عنصر نضع .األمامية4. Right-click and select Boolean »Slide Switch الفارة بيمنى ننقر

:ونختار5. Label the Slide Switch Input Mode. أالنزالقي التحكم عنصر نعنون6. Double-click on empty space to the left of Input Mode to create a free

label. Type “Manual (Dial)” inside this free label. “Manual (Dial)” خاص عنوان لتكوين الدخل نموذج يسار على الفراغ في مرتين ننقر :ونسميه

7. Double-click on empty space to the right of Input Mode to create another free label. Type “Pulse Train” inside this free label . “Pulse Train” ننقرآخر عنوان لتكوين الدخل نموذج يمين على الفراغ في مرتين ونسميه

8. Place a dial on the front panel. Right-click and select Numeric »Dial. ( ) وننقر األمامية اللوحة في تلفنة دوارا مفتاحا Numeric »Dial نضع

ونختار الفأرة :بيمنى

167

168

1. Label the Dial Input Angle. الزاوي بالدخل نعنونه2. Place a stop button on the front panel. Right-click and select

Boolean» Stop Button. زر نضع اللوحة على توقفBoolean» Stop Button ونختار الفارة بيمنى وننقر ، :األمامية3. Go to the block diagram. الصندوقي المخطط على نذهب4. Double-click the block on the top-left of the Simulation Loop.

In the Configure Simulation Parameters window, set Final Time to “Inf”. . المحاكاة لحلقة اليسرى القمة على مرتين ننقر

إلى النهائي الزمن نضع التشكيل نافذة :في5. Right-click the Step Signal VI and select Replace»

Programming» Comparison» Select على الفأرة بيمنى ننقراالفتراضي «Replace» Programming» Comparison الجهاز

ونختار الخطوة :إلشارة6. Right-click Input Angle (rad) and select Create» Control. ننقر

تحكم عنصر تكوين ونختار الزاوي الدخل على الفأرة بيمنى7. Label this new control Output Angle (rad). عنصر خرج نعنون

الزاوي بالخرج التحكم8. Right-click Output Angle (rad) and select Change to Indicator.

إلى حول ونختار الزاوي الخرج على الفأرة بيمنى ننقرمؤشر

Step 5: Deployment النشر: 5الخطوة

Implement the finalized control system نظام تنفيذالختامي التحكم

The Design Process

1. Modeling – Identify a mathematical representation of the plant

2. Control Design – Choose a control method and design a controller

3. Simulation – Employ a point-by-point approach to simulate the system timing with a solver

4. Tuning and Verification – Introduce real-world nonlinearities, tune, and verify the control algorithm

5. Deployment – Implement the finalized control systemالختامي- التحكم نظام تنفيذ على :النشر تحكم خوارزمية نشر

السرعة في للتحكم مادية مكونات

170

Deploy the control algorithm on real hardware to control the speed of the motor.

بفهم للحاكم المثلى القيمة على الحصول يمكن) جيدا ) النظام الذي 0العملية التحليل من يأتي الفهم

. الرسومات البفيو في التحكم تصميم وحدة في يتمبودي، كمخطط ، المتخصصة البيانية والمخططات

عن فكرة تعطي نيكويست، ومخطط الجذور، موضع .) ( نظام حالة ،في أدق تحليل العملية النظام تصرف

بدراسة تسمح حاكم بوجود مفتوحة، حلقة ذيأخرى ومواصفات حسابها االستقرار، هذا 0يمكن في

للحصول التحكم تصميم استعمال يمكن الموضوع،التكاملي، التماثلي، كالكسب مثلى، قيم على

على. سريعة فكرة توفر الزمنية االستجابة التفاضليللنظام المثالي :التصرف

القمة، على الوصول زمن الصعود، زمن مثلمن ... للتأكد المحاكاة وحدة استعمال عند التعدي،

حقيقية عوائق تحت البارامترات هذه .صحةالصغرى والقيمة الكبرى القيمة هي األمثلة هذه أحد

المحرك لتغذية المتوفران والتيار .للجهد . خارج للعملية الخطي المدى تحدد المحرك جهد حدود

يتأثر أن يمكن المدى،دقيق غير ويصبح .المحرك

171

للحاكم المثلى القيمة على الحصول يمكن) جيدا ) النظام العملية يأتي 0بفهم الفهم

تصميم وحدة في يتم الذي التحليل من . الرسومات البفيو في التحكم

، المتخصصة البيانية والمخططاتومخطط الجذور، موضع بودي، كمخطط

تصرف عن فكرة تعطي نيكويست، .) حالة) ،في أدق تحليل العملية النظامحاكم بوجود مفتوحة، حلقة ذي نظام

ومواصفات االستقرار، بدراسة تسمححسابها أخرى الموضوع، 0يمكن هذا في

للحصول التحكم تصميم استعمال يمكنالتماثلي، كالكسب مثلى، قيم على

. الزمنية االستجابة التفاضلي التكاملي،المثالي التصرف على سريعة فكرة توفر

.للنظام

على الوصول زمن الصعود، زمن مثلاالستقرار زمن التعدي، ...القمة،

172

Control System Deployment Options نشر خياراتالتحكم نظام

Algorithms designed in LabVIEW Control Design Toolkit and Simulation Module can be deployed on a desktop PC, or a Real Time system. تصميم وحدة في المصممة الخوارزميات

حاسوب شاشة على تنفذ أن يمكن ومحاكاة تحكمالحقيقي الزمن في تحكم نظام أو شخصي

• Desktop PC شخصي حاسوب− Program runs on Windows ويندوز على ينفذ برنامج− Input and Output via NI Data Acquisition device الدخل

بيانات تحصيل جهاز خالل من والخرج− For example, desktop PC with PCI-6259 حاسوب مثل

شخصي• Real Time System الحقيقي الزمن نظام

− Program runs on a deterministic operating system محدد تشغيل نظام على يعمل برنامج

− Input and Output via specialized devices الدخلمتخصصة أجهزة خالل من والخرج

− For example, CompactRIO controller with selected modules

المداخل: تشكيل إلعادة مدمجة وحدة مثلمختارة تحكم وحدات مع والمخارج 173

التحكم تصميم وحدة بواسطة تحكم نظام تصميم إتمام بعدالخوارزمية تنفيذ يمكن البفيو، في المحاكاة ووحدة

. الخوارزمية تنفيذ يمكن حقيقي فيزيائي نظام في للتحكمالحقيقي الزمن في أو الشخصي الحاسب طريق .عن

استبدال يستلزم مكتب سطح على تحكم نظام تنفيذ عندمادية مكونات من وخرج دخل بوظائف .العملية

. كمثال، المحاكاة في هو ما مثل البفيو في النظام ينفذ ( المتحكم النظام العملية تمثل التي التحويل دالة نستبدل

البيانات( تحصيل جهاز باستعمال محاكاة حلقة في :فيهNI-DAQmx input and output Vis االفتراضي الجهاز وخرج بدخلThe DAQmx VIs would control an NI Data Acquisition device like the

PCI-6259.في تتمثل مكتب، سطح على تحكم نظام تنفيذ طريقة لكن

. تحدث أن يمكن الحاسوب تشغيل نظام محدودية عدم . يجب مرضية نتائج على للحصول بالنتائج تخل مقاطعات

جهاز باستعمال الحقيقي الزمن في التجربة استعمالالمداخل تشكيل إلعادة مدمج

such as the CompactRIO مثل :والمخارج174

Deployment والتنفيذ النشرMoving from a simulated model to a real life model نموذج من المرور

حقيقي عالم نموذج إلى محاكاة• Replace Plant Model with Hardware I/O العملية نموذج تغيير

وخرج دخل ذات مادية بمكونات• Make sure Hardware I/O timing matches Simulation أن من تأكد

المحاكاة يوائم المادية المكونات ومخارج مداخل توقيت• Loop timing التوقيت حلقة

175

للتحكم استعمالها يمكن البفيو في المحاكاة وحدةنماذج في وكذلك الحقيقي الزمن في النظم في

نظم. إلى المحاكاة نماذج من للمرور المحاكاة ( النظام العملية استبدال الحقيقي،يمكن الزمن

) المكونات ومخارج مداخل بوظائف فيه المتحكم .المادية

التي التحويل دالة نستبدل سوف الحالة، هذه فياالفتراضي الجهاز ومخارج بمداخل المحرك تمثل

DAQmx input and output VIs that control the actual motor.الحالي المحرك في يتحكم .الذي

باستعمال التنفيذ عند مهمة اعتبارات للتوقيت . أداء تستعمل المحاكاة حلقة أن بما المحاكاة وحدة

التفاضلية المعادالت ODE solver with time steps حلزمنية :بخطوات

بارامترات و المحاكاة بارامترات وضع يجبزمن نفس لها يكون لكي بالحلقة الخاصة التوقيتتستعمل. خصيصا، البيانات، تحصيل مهام الخطوة

حلقة توقيت تعادل بحيث التوقيت، بارامتراتالبيانات تحصيل توقيت مع .المحاكاة

176

Exercise 5: (Optional) ) اختياري ) التمرينUse the Controller in a Real Life System

حقيقي زمن نظام في الحاكم استعمال

• Replace the plant model with the real life motor. نموذج استبدلحقيقي بمحرك العملية

• Test the behavior of the motor, and compare to the original plant model. األصلية بالعملية وقارن المحرك محيط سلوك جرب

177

s

1+_ PID