Control System Toolbox

주요 특징

  • 선형 시스템의 전달 함수, 상태 공간, 영-극점 게인, 및 주파수 응답 모델
  • 선형 모델의 직렬, 병렬, 피드백 및 일반 블록 다이어그램 연결
  • 안정성과 성능 측정 분석을 위한 스텝 응답, Nyquist 플롯, 기타 시간 및 주파수 도메인 도구
  • 근궤적, 보데 다이어그램, LQR, LQG, 기타 고전 제어 및 상태 공간 제어 시스템 설계 기술
  • PID 제어기의 자동 튜닝
  • 모델 표현 전환, 연속 시간 모델 이산화 및 고차 시스템의 저차 근사값
  • 정확도와 성능에 최적화된 LAPACK 및 SLICOT 알고리즘
Control System Tuning app for interactively analyzing, designing and tuning controllers.

Control System Designer 앱(위)을 통해 컨트롤러를 대화형으로 분석, 설계, 튜닝할 수 있습니다. 이용 가능한 도구에는 근궤적, 보데및 스텝 응답 플롯(아래)이 있습니다.

제어 시스템 분석 및 설계

선형 제어 기술은 제어 시스템 설계 및 분석의 기본입니다. Control System Toolbox를 사용하면 제어 시스템의 선형 모델을 제작하고 조작할 수 있습니다. 대화형 플롯을 사용하면 이러한 모델을 분석하여 제어 시스템의 거동, 성능 및 한계에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. SISO(Single Input Single Output, 단일입출력)와 MIMO(Multiple Input Multiple Output, 다중입출력) 설계 기술을 사용하여 제어 시스템 매개변수를 체계적으로 튜닝할 수도 있습니다.

Control System Toolbox의 선형 모델은 Robust Control Toolbox™Model Predictive Control Toolbox™ 등의 다른 제어 설계 제품과도 함께 사용할 수 있습니다. Simulink에서의 제어 시스템 설계 및 분석에 Control System Toolbox와 함께 Simulink Control Design™을 사용할 수 있습니다.

PID 튜너 GUI를 사용하여 방정식으로 정의된 PID 제어기 C 조정

PID Tuner 앱을 사용하여 방정식으로 정의된 PID Controller C를 튜닝 할 때, 초기 설계를 자동으로 계산한 다음 응답 시간을 대화형으로 조정하여 PID 이득을 다시 계산할 수 있습니다.

선형 모델 제작 및 조작

Control System Toolbox를 사용하면 제어 시스템의 선형 모델을 객체로 제작하고 조작할 수 있습니다. 전달 함수, 영-극점 게인, 명시적 및 설명자 상태 공간, 주파수 응답 데이터를 포함한 모든 표준 모델 표현이 지원됩니다. 선형 모델은 SISO 또는 MIMO, 연속 또는 불연속일 수 있습니다. PID 제어기를 PID 객체로 표현할 수 있습니다. 또한 지연이 포함된 피드백 루프를 포함하여 시간 지연이 있는 시스템을 정확하게 모델링 및 시뮬레이션할 수 있습니다.

Control System Toolbox는 다음을 위한 명령을 제공합니다.

  • 선형 모델에서 계산 수행
  • 단순한 모델을 직렬, 병렬 또는 피드백으로 연결하여 복잡한 블록 다이어그램 제작
  • 연속 시간 모델 이산화
  • 고차 모델의 저차 근사값 계산

제어 시스템 설계의 첫 단계는 대개 플랜트의 선형 모델을 만드는 것입니다. 선형 모델이 없으면 System Identification Toolbox™를 통해 테스트 데이터를 적합(fitting)한 모델을 만들거나 Simulink Control Design을 통해 Simulink 모델을 선형화하여 모델을 만들 수 있습니다. 선형 모델을 만든 다음에는 Control System Toolbox를 사용하여 선형 모델을 분석하고 제어기를 설계할 수 있습니다.

피드백 루프 제작 및 분석을 위한 MATLAB 코드

제어기 C와 플랜트 모델 G에 대한 피드백 루프 제작 및 분석용 MATLAB® 코드. 플랜트는 T초의 지연이 있는 1차 전달 함수로 모델링되었습니다.

모델 분석

Control System Toolbox는 선형 모델 분석을 위한 앱과 함수를 제공합니다. Linear System Analysis 앱을 사용하면 여러 선형 모델의 시간 및 주파수 응답을 한 번에 보고 비교할 수 있습니다. 또한 상승 시간, 정착 시간, 최대 오버슈트 및 안정성 여유와 같은 주요 성능 매개 변수를 검사할 수도 있습니다. 사용 가능한 플롯에는 스텝 응답, 임펄스 응답, 보데, 니콜스, Nyquist, 특이값 및 영-극점이 있습니다. 사용자 정의 입력 및 초기 조건에 대한 응답을 시뮬레이션하여 시스템 성능을 더욱 자세히 조사할 수 있습니다.

시간 및 주파수 도메인에서 선형 모델을 분석할 수 있는 대화형 도구, LTI 뷰어 GUI

시간 및 주파수 도메인에서 선형 모델을 분석할 수 있는 Linear System Analyzer 앱. 다양한 시간 도메인 및 주파수 도메인 플롯을 이용하여 여러 개의 선형 모델을 한 번에 비교할 수 있습니다.

제어 시스템 조정

Control System Toolbox를 사용하면 SISO 및 MIMO 설계 기술을 통해 제어 시스템 매개변수를 체계적으로 튜닝할 수 있습니다.

PID Controller 튜닝

Control System Toolbox는 PID Tuner 앱 또는 명령줄 기능을 통해 PID Controller를 조작 및 튜닝할 수 있는 도구를 제공합니다.

  • PID 객체를 사용하여 연속 시간 또는 이산 시간 PID Controller를 표준 또는 병렬 형식으로 표현
  • PID 게인을 자동으로 튜닝하여 성능과 안정성의 균형을 맞춤
  • 원하는 응답 시간 및 위상 여유와 같은 튜닝 매개변수 지정

Control System Toolbox를 통한 PID 제어 설계 2:22
Control System Toolbox™를 사용하여 PID 컨트롤러를 설계합니다.

플랜트의 선형 모델을 이용할 수 없을 경우 PID Tuner 앱에서 직접 System Identification Toolbox를 사용하여 측정된 입출력 데이터로부터 플랜트 모델을 도출할 수 있습니다.

PID Controller Tuning Based on Measured Input-Output Data 3:52
Identify a plant model from measured input-output data and use this model to tune PID Controller gains.

SISO 제어기 조정

Control System Designer 앱을 사용하면 SISO 제어 시스템을 설계 및 분석할 수 있습니다. 다음을 수행할 수 있습니다.

  • PID, 진상/지상(lead/lag) 회로 및 노치 필터 등의 일반 제어 구성요소 설계
  • 근궤적, 보데 다이어그램 및 니콜스 선도와 같은 고전 제어 설계 도구를 사용하여 SISO 루프를 그래픽으로 튜닝
  • 제어기를 조정하면서 폐쇄 루프 응답 및 성능 요구 사항을 실시간으로 모니터
  • 샘플 시간 및 제어기 복잡성 선택과 같은 설계 요소 평가

SISO Design Tool을 통한 제어 시스템 설계 4:40
SISO Design Tool을 사용하여 제어 시스템을 설계합니다.

Control System Designer 앱은 전달 함수 및 주파수 응답 데이터와 같은 표준 모델 표현뿐 아니라 시간 지연이 있는 시스템도 지원합니다. 동시에 여러 개의 플랜트 모델로 작업하여 여러 동작 포인트에 대한 제어 설계를 실행할 수도 있습니다.

Simulink Control Design은 Simulink에서 여러 개의 SISO 루프로 구성된 제어기를 튜닝할 수 있도록 하여 Control System Toolbox의 기능을 확장합니다. 또한 SISO 루프를 순차적으로 닫고, 루프 상호 작용을 시각화하며, 최적의 전체 성능을 위해 각 루프를 반복적으로 튜닝할 수도 있습니다. Simulink Control Design을 사용하면 튜닝 매개변수를 직접 Simulink로 내보내서 비선형 시뮬레이션을 통한 설계 검증을 할 수 있습니다.

Simulink Design Optimization™과 Control System Designer 앱을 함께 사용하면 제어 시스템 매개 변수를 최적화하여 시간 및 주파수 기반 성능 요구 사항을 적용할 수 있습니다. Robust Control Toolbox와 함께 사용할 경우 H-infinity 알고리즘을 통해 개방 루프 응답을 자동으로 형성할 수 있습니다.

비선형 플랜트의 서로 다른 운용 지점에 대한 제어 설계 5:27
비선형 플랜트의 서로 다른 운용 지점에 대한 컨트롤러를 동시에 설계및 분석합니다.

MIMO 제어기 조정

Control System Toolbox는 LQR/LQG극배치 알고리즘을 포함한 MIMO 설계를 위한 기존 방법을 지원합니다. 또한 칼만 필터를 포함한 관측기 설계를 위한 도구도 제공합니다.

Control System Toolbox 평가판 사용

평가판 신청

SimPowerSystems를 이용한 파워 일렉트로닉스 시스템 설계

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