Simulink Control Design

주요 특징

Designing and analyzing control systems with Simulink Control Design.
Simulink Control Design을 사용한 제어 시스템 설계 및 분석. Simulink(위)에서 모델링한 제어 시스템, PID Tuner 인터페이스(왼쪽), 개루프 전달 함수의 보드 다이어그램(오른쪽)

PID Controller 튜닝

Simulink Control Design은 Simulink PID Controller 블록을 위한 자동 게인 튜닝 기능을 제공합니다. 클릭 한 번으로 초기 PID Controller 튜닝을 수행할 수 있습니다. 이 제품은 Simulink 모델을 선형화하여 선형 플랜트 모델을 얻습니다. 모델이 PWM(pulse width modulation)과 같은 불연속으로 인해 0으로 선형화되는 경우 system identification을 사용하여 시뮬레이션 입출력 데이터로부터 선형 플랜트 모델을 만들 수 있습니다(System Identification Toolbox™ 필요).

또한, Simulink Control Design은 선형 플랜트 모델 및 고유의 튜닝 방식을 사용하여 원하는 폐루프 성능을 기준으로 PID 게인을 계산합니다. 초기 컨트롤러는 시스템 다이나믹스 분석에 기초하여 제안됩니다. 그런 다음 PID Tuner의 응답 시간과 과도기 동작을 대화형으로 조정할 수 있습니다. 또한 PID Tuner는 컨트롤러 동작 분석에 사용할 수 있는 몇 가지 플롯을 제공합니다. 예를 들어 스텝 레퍼런스 추적 플롯 및 개루프 보드(bode) 플롯을 사용하여 현재 설계와 초기 게인 값에 해당하는 설계의 성능을 비교할 수 있습니다.

PID Controller Design for a DC Motor
Design a PID controller for a DC motor modeled in Simulink®. Create a closed-loop system by using the PID Controller block, then tune the gains of PID Controller block using the PID Tuner.

PID Controller Tuning for a Model with Discontinuities
Design a PID controller for a model that cannot be linearized. Use system identification to identify a plant model from simulation input-output data.

Simulink 모델 트리밍 및 선형화

모델 트리밍

선형 제어 설계의 경우 일반적으로 비선형 모델의 다양한 설정값을 설명하기 위해 여러 동작점을 고려해야 합니다. Simulink Control Design은 모델 동작점 결정을 위한 그래픽 인터페이스를 제공합니다. 다음을 수행할 수 있습니다.

이러한 동작점은 안정적인 상태에서 시뮬레이션을 초기화하는 데 사용하거나 선형화 및 제어 설계의 기반으로 사용할 수 있습니다.

Trim, Linearization, and Control Design for an Aircraft
Trim and linearize a nonlinear aircraft model and use the resulting linear model to design a pitch rate damper controller.

모델 선형화

Simulink Control Design을 통해 연속, 불연속 및 멀티레이트 Simulink 모델선형화할 수 있습니다. 그래픽 신호 주석을 사용하여 루프 오프닝과 선형화 입출력을 지정함으로써 전체 모델이나 모델의 일부, 또는 단일 블록이나 서브시스템을 선형화할 수 있습니다. 신호 주석은 개루프 및 폐루프 분석에 사용할 수 있습니다. 주석 및 분석은 비침입형이며 모델의 시뮬레이션 동작에 영향을 주지 않습니다.

Simulink Control Design은 선형화된 모델을 자동으로 계산하고 스텝 응답 플롯 또는 보드 다이어그램으로 결과를 시각화할 수 있게 합니다. 선형화된 Simulink 모델에 대한 각 블록의 영향을 시각화할 수 있도록 Linearization Inspector가 제공됩니다. 모델에서 원하는 수의 블록에 대한 선형 동작을 지정하여 결과를 미세 조정할 수 있습니다. 선형 동작은 행렬 게인 또는 LTI 모델로 지정할 수 있으며, 이를 통해 Stateflow® 차트 또는 펄스 폭 변조 신호 기반 시스템과 같은 불연속 또는 이벤트 기반 구성 요소를 포함한 Simulink 모델을 선형화할 수 있는 유연성이 제공됩니다.

Robust Control Toolbox™를 사용하면 전달 함수와 게인을 위한 불확실한 값을 모델에서 직접 지정하여 불확실한 선형 모델을 계산할 수 있습니다. 그 결과로 생성되는 불확실한 선형 모델은 불확실성이 제어 시스템의 안정성과 성능에 미치는 영향을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.

이 모든 툴에는 배치 모드 트리밍 및 선형화를 위해 스크립트를 작성하는 명령 라인 API가 있습니다. 이러한 스크립트를 직접 쓰거나 그래픽 인터페이스에서 자동으로 MATLAB 코드를 생성할 수 있습니다.

Batch Mode Trimming and Linearization
Create a script to do batch mode trimming and linearization of Simulink® models.

모델 주파수 응답 계산

Simulink Control Design은 시뮬레이션 기반 모델 주파수 응답 계산을 위한 툴을 제공합니다. 이러한 툴을 사용하여 다음을 수행할 수 있습니다.

  • 선형화의 결과를 검증합니다.
  • 강력한 불연속성 또는 이벤트 기반으로 기술된 모델 등과 같이 선형화 기술이 적절하지 않을 때 모델의 주파수 응답을 계산합니다.
  • 자극 신호 증폭이 비선형 시스템의 게인 및 위상 특성에 미치는 영향을 연구합니다.

Simulink Control Design을 사용하면 사인 스윕 또는 처프(chirp) 신호와 같은 자극 신호를 구성하고, 시뮬레이션을 실행하고, 데이터를 수집하며, 모델의 주파수 응답을 계산 및 플로팅할 수 있습니다. 주파수 응답 계산에 사용되는 알고리즘은 시뮬레이션 시간을 최소화하고 Accelerator 및 Rapid Accelerator 모드를 지원하여 전체 연산을 가속하도록 고안되었습니다.

Frequency Response Estimation
Estimate the frequency response of a Simulink® model using simulation.

Simulink에서의 제어 시스템 설계 및 분석

Simulink Control Design은 http://www.mathworks.com/help/slcontrol/gs/designing-a-controller-using-automated-tuning-and-bode-graphical-design.htmlSimulink에서 Control System Toolbox™의 자동 그래픽 튜닝 기능을 이용하여 직접 제어 루프를 튜닝할 수 있는 그래픽 인터페이스를 제공합니다. 선형화가 가능한 Simulink에서 작성한 모든 제어 아키텍처를 사용할 수 있습니다. 튜닝 가능한 Simulink 블록에는 Gain, Transfer Function, Zero-Pole, State-Space 및 PID Controller가 있습니다. Simulink Control Design은 자동으로 튜닝된 블록에 대한 관련 제어 루프를 파악하고 Control System Designer 앱에 대한 사전 구성된 세션을 실행합니다.

제어기 설계
Design a compensator (PID, etc.) to control a mechatronic system. Use linear control theory to design a control system.

Control System Designer 앱을 사용하여 다음을 수행할 수 있습니다.

  • 다중, 연속 또는 불연속 SISO 루프를 그래픽 방식으로 튜닝
  • 매개 변수를 튜닝하면서 루프 상호 작용 및 커플링 효과를 관찰
  • 전용 Robust Response Time PID 튜닝, Ziegler-Nichols PID 튜닝, IMC 설계 또는 LQG 설계와 같은 시스템 설계 알고리즘을 사용하여 보상기 설계를 계산합니다.
  • 제어 루프를 최적화하여 시간 도메인 및 주파수 도메인 설계 요구 사항(Simulink Design Optimization 필요)을 충족합니다.
  • PID 게인, 영-극점 게인 표현, Masked 블록을 포함한 Simulink 블록 매개 변수를 직접 튜닝
  • 참조 궤도와 같은 폐루프 응답 또는 모델의 일부에서제어 시스템의 외란 제거 능력을 검사
  • 전체 비선형 시스템에서 검증하기 위해 튜닝된 매개 변수 값을 Simulink 모델에 다시 기록
Optimizing  a multi-loop control system to simultaneously meet frequency-domain and time-domain requirements.
주파수 도메인 요구 사항(왼쪽)과 시간 도메인 요구 사항(오른쪽)을 동시에 충족할 수 있도록 다중 루프 제어 시스템을 최적화. 최적화해야 할 컨트롤러 매개 변수가 그래픽 인터페이스에서 지정됩니다(위).

Simulink 기본 소개

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