Control System Toolbox

제어 시스템 설계 및 분석

 

Control System Toolbox™는 선형 제어 시스템의 체계적인 분석, 설계, 튜닝을 위한 알고리즘 및 앱을 제공합니다. 시스템을 전달 함수, 상태 공간, 영점-극점-게인 또는 주파수 응답 모델로 지정할 수 있습니다. 계단 응답 플롯 및 보데 플롯과 같은 앱 및 함수를 통해 시스템 동작을 시간 도메인과 주파수 도메인에서 분석 및 시각화할 수 있습니다.

보데 루프 쉐이핑 및 근궤적법 등의 인터랙티브 기술을 사용하여 보상기 파라미터를 튜닝할 수 있습니다. 이 툴박스는 PID 제어기를 포함해 SISO 및 MIMO 보상기를 모두 자동으로 튜닝합니다. 보상기에는 여러 피드백 루프를 아우르는 튜닝 가능한 여러 블록이 포함될 수 있습니다. 게인 스케쥴링 제어기를 튜닝할 수 있고 레퍼런스 추적, 외란 제거 및 안정성 여유 등의 다양한 튜닝 목표를 지정할 수 있습니다. 상승 시간, 오버슈트, 정착 시간, 이득 및 위상 여유, 기타 요구 사항을 확인하여 설계를 검증할 수 있습니다.

선형 모델

전달 함수, 상태 공간 및 기타 표현을 사용하여 제어 시스템의 선형 모델을 만들고, 모델을 이산화하고, 차수를 줄여서 모델을 간소화하십시오.

전달 함수 및 상태 공간 모델

전달 함수 또는 상태 공간 표현식을 사용하여 선형 시불변 시스템 모델을 만들고, PID 제어기와 주파수 응답 데이터를 다루고, SISO 또는 MIMO 시스템과 연속 또는 이산 시스템을 모델링하고, 기본 모델을 직렬, 병렬 또는 피드백으로 연결하여 복잡한 블록 다이어그램을 만들 수 있습니다.

모델 이산화

동적 시스템 모델을 리샘플링하고, 연속시간 도메인과 이산시간 도메인 간에 모델을 변환하고, 영차 유지(Zero-Order Hold), 쌍선형(Tustin), 영-극점 매칭 및 기타 레이트 변환 방법을 사용할 수 있습니다.

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모델 이산화.

모델 축소

Model Reducer 앱 또는 함수를 사용하여 해당 분야에서 중요한 역학을 유지하면서 플랜트 또는 제어기 모델 차수를 인터랙티브한 방식으로 줄일 수 있습니다. 균형 절삭(Balanced truncation), 극-영점 단순화 또는 모드 선택 기법을 사용할 수 있습니다.

선형 분석

시간 도메인과 주파수 도메인에서 시스템 동작을 시각화하고, 상승 시간, 오버슈트, 정착 시간 등의 시스템 특성을 계산하고, 시스템 안정성을 분석하십시오.

시간 및 주파수 도메인 분석

선형 시스템 분석기 앱에서 계단 응답, 임펄스 응답, 보데, Nichols, Nyquist, 특이값 및 영/극점 플롯을 사용하여 여러 모델에서 시간 및 주파수 응답을 살펴보고 비교할 수 있습니다. 상승 시간, 정착 시간, 최대 오버슈트 등의 특성을 조사할 수 있습니다.

안정성 분석

이득 여유, 위상 여유 및 교차 주파수를 계산하고, 동적 시스템의 극점 및 영점 위치를 그래픽과 수치를 통해 살펴보고, 선형 모델 극점의 감쇠비, 고유 진동수 및 시정수를 계산할 수 있습니다.

이득 여유, 위상 여유 및 교차 주파수의 계산.

수동성 및 섹터 경계

선형 시불변 시스템의 다양한 수동성 수치를 계산하고, 시스템의 수동성 및 임의 원추 섹터 경계를 분석할 수 있습니다.

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PID 제어

자동 및 인터랙티브한 튜닝 툴을 사용하여 PID 제어기의 게인을 튜닝하십시오.

PID 튜닝

PID Tuner 앱 또는 함수로 PID 제어기 게인을 자동으로 튜닝하여 성능과 견고성 사이의 균형을 맞추고, 원하는 응답 시간 및 위상 여유와 같은 튜닝 파라미터를 지정하고, 연속 또는 이산 PID 제어기를 튜닝할 수 있습니다.

플랜트 다이나믹스에 대한 인터랙티브한 추정

PID Tuner 앱에서 곧바로 System Identification Toolbox™를 사용하여, 측정된 입출력 데이터로부터 플랜트 모델을 만들 수 있습니다.

2-DOF PID 제어

2-자유도(2-DOF) PID 제어기를 튜닝하고, 1-DOF PID 제어기 대신 2-DOF PID 제어기를 사용하여 설정값 추적의 유의미한 오버슈트 증가 없이 더 나은 외란 제거를 달성할 수 있습니다.

2-DOF PID 제어기(실선)를 튜닝하고 PID Tuner 앱에서 이를 1-DOF PID 제어기(파선)와 비교하기.

보상기 설계

제어 시스템을 인터랙티브한 방식으로 설계하고 분석하십시오.

근궤적 및 보데 다이어그램을 사용한 인터랙티브한 설계

Control System Designer 앱을 사용하여 SISO 제어 시스템을 인터랙티브한 방식으로 설계 및 분석하고, 근궤적, 보데 다이어그램, Nichols 차트를 사용하여 PID, 진상/지상 네트워크 및 노치 필터 등의 일반적인 제어 구성요소를 그래픽 방식으로 튜닝할 수 있습니다.

폐루프 응답 모니터링

계단 응답, Nyquist를 비롯해 제어기를 튜닝함에 따라 동적으로 업데이트 되는 기타 플롯을 사용하여 폐루프 및 개루프 응답을 시각화하고, 상승 시간, 최대 오버슈트, 이득 여유, 위상 여유와 같은 시간 도메인 및 주파수 도메인 설계 요구 사항을 지정 및 평가할 수 있습니다.

다중 루프 설계

여러 개의 SISO 루프로 구성된 제어기를 튜닝하고, SISO 루프를 순차적으로 닫고, 루프 상호 작용을 시각화하며, 최적의 전체 성능을 위해 각 루프를 반복적으로 튜닝할 수 있습니다.

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자동 튜닝

제어 시스템을 자동으로 튜닝하여 개략적인 설계 요구 사항을 충족하십시오.

SISO 및 MIMO 루프

Control System Tuner 앱 또는 함수를 사용하여 이득, PID 제어기 또는 저차 필터와 같이 튜닝 가능한 단순한 요소로 SISO 또는 MIMO 제어 시스템 아키텍처를 모델링 및 튜닝하고, 다중 루프 제어 시스템에서 여러 개의 루프를 공동으로 튜닝할 수 있습니다.

시간 및 주파수 도메인 목표

추적 성능, 외란 제거, 잡음 증폭, 폐루프 극 위치 및 안정성 여유 등의 튜닝 요구 사항을 지정 및 시각화하고, 필수 요구 사항(설계 제약 조건)을 충족하고 남은 요구 사항(목표)을 가장 잘 충족시킬 수 있도록 제어기 파라미터를 자동으로 튜닝할 수 있습니다.

일련의 플랜트 모델을 기준으로 튜닝

파라미터 변화, 동작 조건 변화, 센서 또는 액추에이터 결함으로 인한 플랜트 다이나믹스의 변경에 대해 견고한 제어기를 설계할 수 있습니다.

플랜트 파라미터 변화에 대해 견고한 제어기 설계하기.

게인 스케줄링

비선형 또는 시변 플랜트의 게인 스케줄링 제어기를 설계 및 튜닝하십시오.

Simulink의 게인 스케줄링 제어기

Simulink®에서 가변 PID 제어기, 가변 전달 함수, 가변 노치 필터, 가변 저역통과 필터와 같은 블록을 사용하여 게인 스케줄링 제어 시스템을 모델링할 수 있습니다.

Simulink에서 게인 스케줄링 제어기를 모델링하기 위한 라이브러리.

게인 곡면 튜닝

이득 곡면 계수를 자동으로 튜닝하여 시스템의 운용 영역선도 전체에서 성능 요구 사항을 충족하고 동작점 간의 원활한 천이를 달성할 수 있습니다. 작동 조건에 따라 변하는 요구 사항을 지정하고, 설계의 전체 작동 범위에 대해 튜닝 결과를 검증할 수 있습니다.

상태 추정 및 LQG 설계

LQG/LQR 알고리즘이나 극배치 알고리즘과 같은 상태 공간 제어 설계 방법을 사용하고, 선형 및 비선형 칼만 필터를 비롯한 관측기를 설계하십시오.

LQR/LQG 및 극배치

연속 및 이산 LQR(Linear-Quadratic Regulator) 및 LQG(Linear-Quadratic-Gaussian) 제어기를 설계하고, 피드백 게인 행렬을 계산하여 원하는 위치에 폐루프 극점을 배치할 수 있습니다.

칼만 필터

선형 정상 상태 및 시변 칼만 필터를 설계 및 시뮬레이션하고, MATLAB Coder™ 및 Simulink Coder™를 사용하여 이러한 필터의 C/C++ 코드를 생성할 수 있습니다.

비선형 상태 추정기

MATLAB®과 Simulink에서 확장형 칼만 필터, 무향 칼만 필터 또는 파티클 필터를 사용하여 비선형 시스템의 상태를 추정하고, MATLAB Coder 및 Simulink Coder를 사용하여 이러한 필터의 C/C++ 코드를 생성할 수 있습니다.

Simulink의 제어 설계

Simulink에서 모델링한 제어 시스템을 분석하고 튜닝하십시오.

선형 분석

Simulink Control Design™의 선형 분석 툴을 사용하여 Simulink 모델을 선형화하고, 선형화된 모델의 시간 및 주파수 응답을 계단 응답, 임펄스 응답, 보데, Nichols, Nyquist, 특이값 및 영/극점 플롯을 사용하여 계산할 수 있습니다.

보상기 설계

Simulink에서 모델링된 SISO 피드백 루프를 Simulink Control Design을 사용하여 그래픽 방식으로 튜닝하고, 인터랙티브한 보데, 근궤적 및 Nichols 그래픽 편집기로 제어기의 극점, 영점 및 이득을 추가, 수정 및 제거하여 제어기를 설계할 수 있습니다.

보상기 튜닝

Simulink에서 모델링된 PID 제어기의 게인을 자동 튜닝하고, Control System Tuner 앱 또는 Simulink Control Design의 명령어를 사용하여 Simulink에서 임의 개수의 피드백 루프에 걸쳐 분산된 제어 요소의 이득 및 다이나믹스를 자동 튜닝할 수 있습니다.

최신 기능

라이브 편집기 작업

대화형 방식으로 모델 변환 및 제어 설계, 라이브 스크립트에서 MATLAB 코드 생성

이 기능과 그에 상응하는 함수에 대한 세부 정보는 릴리스 정보를 참조하십시오.

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