特别对于机器而言,深入理解从机器状态监督到预测功率监督维护等问题的能力对于设计改进而言有很大作用。

图1:精确地测量问题,就可以更准确地找出问题。将检测与设计方法整合在一起,可以为更好的设计提供更好的起点。
对设计精度而言重要的测量假设你已经找出了在现存机器或设备中的问题;也许你测量了反应器功率消耗,并且发现正在消耗比所需功率更多的能量。那么可以使用这些数据作为控制算法的输入,改进或调整功率消耗。同样地,还可以度量机器的震动,找出潜在的问题或是找出效率低下之处。实际的输入对于建立精确的模型,设计更为有效的设备而言十分宝贵。

图2:算法工程将理论算法设计与来自原型系统的实际数据整合在一起,提供了更准确的终端设计。
利用算法工程修复问题从汽车到医疗设备设计等的许多应用由于其重要特性,不能仅仅依赖“只有设计”或是“只有仿真”的设计流程。相反,这些复杂的控制应用需要能够进行迭代和探索的硬件和软件平台。为了将这些经验真正应用到项目的测量阶段中,就必须将实际数据整合到仿真和设计验证中。能越快地将数据整合到项目中,就越能够缩短整个流程的时间,很多情况下,也越能够将模型或是设计提议变得更加精确。
将理论算法设计与实际数据整合在一起称为算法工程。将算法和实际的硬件设备结合在一起,就可以更精确地验证算法的结果和行为。实际设备可以是简单的数据采集或激励设备,也可以将算法在嵌入式设备上进行实现,例如现场可编程门阵列(FPGA)或是与最终系统设计相似的微处理器。

图3:LabVIEW控制设计与仿真模块提供了内置的控制功能,例如卡尔曼滤波器和MIMO状态反馈功能,并且与控制硬件平台紧密整合在一起,确保了可靠的算法工程和部署平台。
NI LabVIEW控制设计与仿真模块是理想的修复工具,不仅能够使用其内置设计功能(包括使用传递函数、状态空间以及零极点增益等方法分析系统性能的工具),还包含了系统性能分析工具(例如阶跃响应、零极点图、波特图以及带有多种求解器的线性、非线性以及离散时间系统仿真功能)。这些软件功能可以集成到
LabVIEW实时模块中,从而可以简单地部署动态控制系统。

图4:Seaplace使用LabVIEW控制工具设计了可靠的实时系统,能够从多个传感器进行采集、计算控制输出并且控制船体的执行器,对船体定位进行精确控制。
案例研究——对开式船体的动态定位Seaplace是一家工程咨询公司,为海上轮船建造以及近海工业提供服务,包括为对开式船体开发有效的动态定位(DP)系统。动态定位系统的用途是与推力器以及螺旋桨进行交互,在船体在水中放置石头建造堤坝等情况下,维持固定的位置和前进方向。动态定位是一个复杂的问题,它需要信息传感器,包括GPS、差分GPS、螺旋仪、芯片记录、风速表等,测量船体的位置以及风和海潮的影响。将传感器信息输入到估算算法中,例如可以使用卡尔曼滤波器,来确定在主螺旋桨和侧面推力器上所需要的执行力,保持船体在合适的位置。系统规范要求提供算法工程功能的软件包含动态系统建模功能,同时还需要在硬件系统上能够进行鲁棒、可靠的运行,能够提供所需要的计算能力运行复杂的算法、实时传感器采集以及执行器更新与建立冗余。
Seaplace所采用的解决方案是建立在基于PXI的高性能实时控制器上的,将它作为主系统CPU,运行高层算法,两个
NI CompactRIO系统同时执行控制推力器的代码。这个基于FPGA的硬件在实现安全监督中起到了关键作用,在与主PXI系统发生连接故障的时候,也可以控制执行器。
更好更有效的设计首先获取精确的测量结果,找出系统中的瓶颈和效率低下之处,就可以利用实际的信息使用算法工程方法设计更好的控制系统。使用
LabVIEW控制平台,可以将可靠的实时硬件与简单易用的软件整合在一起,为即便最为复杂的应用,建立更好、更为有效的设计。