Simulink Control Design

모델을 선형화하고 제어 시스템을 설계할 수 있습니다.

Simulink Control Design™을 통해 Simulink®에서 모델링한 제어 시스템을 설계하고 분석할 수 있습니다. PID 제어기를 포함하여, 임의의 SISO 및 MIMO 제어 아키텍처를 자동으로 조정할 수 있습니다. PID 자동 조정을 임베디드 소프트웨어에 배포하여 PID 이득을 실시간으로 자동 계산할 수 있습니다.

다양한 동작 조건에서 Simulink 모델의 동작점을 찾고 완전 선형화를 계산할 수 있습니다. Simulink Control Design은 모델을 수정하지 않고도 시뮬레이션 기반의 주파수 응답을 계산할 수 있는 툴을 제공합니다.

시작하기:

PID 제어

Simulink 모델의 PID 제어기를 자동으로 조정할 수 있습니다.

모델 기반 PID 조정

PID 조정기 앱을 사용하면 Simulink 모델을 자동으로 선형화하고 클릭 한 번으로 PID Controller 블록의 이득을 계산할 수 있습니다. 설계 요구사항에 맞춰 대역폭(응답 속도)과 위상 여유(강인성)를 조정함으로써 제어기 성능을 대화형 방식으로 미세 조정할 수 있습니다.

시뮬레이션 데이터에서 플랜트 동특성 추정

PWM(펄스 폭 변조) 같은 불연속성으로 인해 선형화되지 않는 Simulink 모델의 경우, 시스템 식별을 사용하여( System Identification Toolbox™ 필요) PID 조정기 앱에서 시뮬레이션 입력-출력 데이터로부터 선형 플랜트 모델을 만들 수 있습니다.  아니면 플랜트 모델의 추정된 주파수 응답에 따라 PID 제어기 이득을 자동으로 조정할 수도 있습니다.

실시간 PID 자동 조정

하드웨어 실험에서 추정한 플랜트 주파수 응답을 기반으로 Closed-Loop PID Autotuner 블록을 사용하여 PID 이득을 실시간으로 자동 조정할 수 있습니다. C 코드를 생성하여 조정 알고리즘을 임베디드 소프트웨어에 구현할 수 있습니다. Simulink를 루프에 넣지 않고도 플랜트 하드웨어에서 실시간 실험을 수행하고 PID 제어기 이득을 자동으로 계산할 수 있습니다. (Simulink Coder™ 필요)

보상기 설계

자동 조정 그래픽 툴을 사용하여 Simulink에서 직접 SISO 제어 루프를 조정할 수 있습니다.

대화형 방식 설계

Gain, Transfer Function, State-Space, PID Controller 및 기타 조정 가능한 블록을 사용하여 Simulink 모델에서 임의의 제어 구조를 모델링할 수 있습니다. 근궤적 플롯, 보드 다이어그램, 니콜스 차트를 사용하여 이산 루프 또는 연속 루프를 그래픽 방식으로 조정할 수 있습니다. 조정된 이득으로 Simulink 모델을 업데이트하고 시뮬레이션을 통해 설계를 검증할 수 있습니다.

멀티루프 설계

여러 SISO 루프를 사용하여 제어기를 대화형 방식으로 조정하고 Simulink 모델을 수정하지 않고도 루프 개방을 지정할 수 있습니다. 전반적인 성능을 최적화하도록 파라미터를 조정하면서 루프 상호 작용과 커플링 효과를 시각화할 수 있습니다.

멀티루프 제어기를 위한 보드 설계

자동 조정

Simulink에서 모델링한 분산 제어기들을 자동으로 조정하여 설계 요구사항을 충족할 수 있습니다.

SISO 및 MIMO 루프

제어 시스템 조정기 앱 또는 명령줄 함수를 사용하여 임의의 SISO 및 MIMO 제어 구조를 자동으로 조정할 수 있습니다. 이득, PID 제어기 또는 저차원 필터 등 조정 가능한 간단한 요소들을 사용하여 분산 제어 아키텍처들을 조정할 수 있습니다. Simulink의 멀티루프 제어 시스템에서 여러 루프를 함께 조정할 수도 있습니다.

시간 및 주파수 영역 목표

기준 추종 목표, 민감도 목표, 외란 제거, 폐루프 극점 위치, 안정성 여유 등 조정 요구사항을 지정하고 시각화할 수 있습니다. 제어기 파라미터를 자동으로 조정하여 필수 요구사항(설계 제약 조건)을 충족하고 나머지 요구사항(목표)들도 최대한 충족할 수 있습니다.

다양한 플랜트 모델에 대해 조정

여러 동작점, 파라미터 변형, 결함 조건에 대해 Simulink 모델들을 선형화하여 선형 플랜트 모델 세트를 만들 수 있습니다. 그런 다음 제어 시스템을 조정하여 이 모든 플랜트 모델의 성능 목표를 충족할 수 있습니다.

파라미터 변형으로 선형 플랜트 모델 만들기

선형화

비선형 Simulink 모델의 선형 근삿값을 계산할 수 있습니다.

선형 분석

연속, 이산, 멀티레이트 Simulink 모델을 선형화할 수 있습니다. 선형 분석 툴 또는 명령줄 함수를 사용하여 루프 개방 및 선형화 입력 및 출력을 지정할 수 있습니다. 모델의 전체, 일부 또는 단일 블록이나 서브시스템을 선형화할 수 있습니다. 결과를 계단 응답 플롯이나 보드 다이어그램으로 시각화하고 개루프 응답과 폐루프 응답을 계산할 수 있습니다.

여러 동작점 및 파라미터 변형에 걸쳐 선형화

모델에 대한 여러 선형화를 추출하고 분석할 수 있습니다. 다양한 파라미터 값, 동작점 및 I/O 세트를 사용하고, LPV(선형 파라미터 가변) 모델을 구현할 수 있습니다.

Linearization Advisor

Linearization Advisor를 사용하여 흔히 발생하는 선형화 관련 문제를 식별하고 해결할 수 있습니다. 선형화 경로에 있는 블록을 찾고, 0으로 선형화된 블록과 같이 특정 선형화 동작을 갖는 블록을 분리할 수 있습니다.

Linearization Adviser로 선형화 문제를 진단합니다.

주파수 응답 추정

Simulink 모델 또는 물리적 플랜트의 주파수 영역 특성을 추정하고 검사할 수 있습니다.

오프라인 주파수 응답 추정

선형 분석 툴이나 명령줄 함수를 사용하여, 모델을 수정하지 않고도 Simulink에서 모델링한 시스템의 주파수 응답을 추정할 수 있습니다. 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다.

  • 사인 스윕 또는 처프 신호와 같은 가진 신호 구성.
  • 시뮬레이션 실행, 데이터 수집, 모델의 주파수 응답 계산 및 플로팅.
  • 주파수 영역 특성 검사 및 Simulink 모델의 선형화 검증.

온라인 주파수 응답 추정

구동 중인 시스템의 주파수 응답을 측정할 수 있습니다. 물리적 플랜트의 실시간 추정을 위해 임베디드 추정 알고리즘을 독립형 응용 프로그램으로 배포할 수 있습니다.

Frequency Response Estimator 블록

모수적 모델

Simulink 모델의 계산된 주파수 응답과 System Identification Toolbox를 사용하여 선형 모수적 모델을 계산할 수 있습니다.

Simulink 모델의 주파수 응답으로부터 모수적 모델을 생성합니다.

학습 기반 제어

데이터 주도 학습 기반 제어 기법을 구현할 수 있습니다.

극값 탐색 제어

Extremum Seeking Controller 블록을 이용한 모델 없는 실시간 최적화를 통해 제어 시스템 파라미터를 자동으로 조정하여 목적 함수를 극대화할 수 있습니다. 적응 순항 제어, 태양광 배열의 MPPT(최대전력점추적), ABS(잠금 방지 제동 시스템) 및 기타 응용 분야에 극값 탐색 제어를 활용할 수 있습니다.

ABS(잠금 방지 제동 시스템)를 위한 극값 탐색 제어

제약 조건 적용

Contraint Enforcement 블록을 사용하여 제약 조건 및 작동 범위를 충족할 수 있도록 제어 동작을 수정할 수 있습니다. 자율 주행, 로봇공학, 기타 응용 분야에서 모델 예측 제어, 강화 학습, PID 제어가 구현된 제어 시스템에 제약 조건을 적용할 수 있습니다.

PID 제어기에 대한 제약 조건 적용

이득 스케줄링

비선형 플랜트 또는 시변 플랜트의 이득 스케줄링 제어기를 자동으로 조정할 수 있습니다.

이득 곡면 조정

Varying PID Controller, Varying Transfer Function, Varying Notch Filter, Varying Lowpass Filter 등의 Simulink 블록을 사용하여 이득 스케줄링 제어 시스템을 모델링할 수 있습니다. 이득 곡면 계수를 자동으로 조정하여 시스템의 작동 포락선 전체에 걸쳐 성능 요구사항을 충족하고 동작점 간에 매끄러운 천이를 달성할 수 있습니다. 동작 조건에 따라 달라지는 요구사항을 지정하고 설계의 전체 작동 범위에 대해 조정 결과를 검증할 수 있습니다.

조정을 위한 이득 곡면 추정.

동작점

사양 또는 시뮬레이션 횟수를 이용하여 모델의 동작점을 찾고 동작점에서 모델을 초기화할 수 있습니다.

정상 상태 해석

사용자 정의 사양에서 동작점을 계산할 수 있습니다. 사용자 지정 제약 조건과 자르기 목표를 정의할 수 있습니다. 시뮬레이션 중 특정 시각 또는 이벤트에서의 동작점 스냅샷을 찍을 수도 있습니다.

조정을 위한 이득 곡면 추정.

Steady State Manager

Steady State Manager 앱을 사용하여 상태, 입력, 출력 사양으로부터 대화형 방식으로 동작점을 계산할 수 있습니다. 사양과 비교하여 동작점을 검증하고 시뮬레이션 스냅샷에서 대화형 방식으로 동작점을 구할 수 있습니다.

모델 초기화

계산된 동작점으로 모델을 초기화하여 정상 상태 조건 또는 시뮬레이션 스냅샷에서 시뮬레이션을 시작할 수 있습니다. 테스트할 시나리오의 시작 지점에서 시뮬레이션을 시작할 수 있습니다.

동작점에서 모델을 초기화합니다.