제품 및 서비스


주요 특징

  • Simulink®의 PID 자동 튜닝, 게인 스케줄링, 임의의 SISO 및 MIMO 제어 시스템
  • 임베디드 소프트웨어에 배포할 수 있는 PID 자동 튜닝 알고리즘
  • 동작점 계산(트리밍) 및 모델 선형화
  • 시뮬레이션 데이터로 주파수 응답 추정
  • 변화하는 파라미터 및 동작점에 대한 배치 선형화
  • 시간 도메인 및 주파수 도메인 요구 사항 충족을 위한 보상기의 수치 최적화(Simulink Design Optimization™ 사용)

Simulink Control Design을 사용한 제어 시스템 설계 및 분석 Simulink에서 모델링한 제어 시스템(위), PID Tuner 앱(왼쪽), 개 루프 전달 함수의 보데 다이어그램(오른쪽)


제어 시스템 설계 및 튜닝

Simulink Control Design™을 사용하면 SISO 및 MIMO 설계 기법을 사용하여 Simulink에서 모델링한 제어 시스템을 체계적으로 튜닝할 수 있습니다. Simulink Control Design은 PID 제어기의 자동 튜닝, 근궤적 및 보데 선도을 사용한 인터액티브한 튜닝, 분산 MIMO 아키텍처의 자동 튜닝 등 다양한 제어 설계 방식을 지원합니다.


PID Controller 튜닝

Simulink Control Design은 PID 제어기를 위한 자동 게인 튜닝 기능을 제공합니다. 전달 함수 기반 방법과 주파수 응답 기반 방법 등 Simulink에서 PID 제어기 튜닝을 위한 두 가지 방법을 제공합니다.

전달 함수 기반 방법을 사용하면 클릭 한 번으로 Simulink PID 제어기 블록의 초기 튜닝이 완료됩니다. Simulink Control Design은 Simulink 모델을 선형화하여 선형 플랜트 모델을 얻습니다. 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 Tuner​ 앱의 응답 시간과 과도상태 동작을 인터액티브하게 조정할 수 있습니다. 또한 PID Tuner​ 앱은 컨트롤러 동작 분석에 사용할 수 있는 몇 가지 플롯을 제공합니다. 예를 들어 계단 응답 플롯 및 개루프 보데(bode) 선도을 사용하여 현재 설계와 초기 이득 값에 해당하는 설계의 성능을 비교할 수 있습니다.

전달 함수 기반 방법은 매개 변수화된 선형 플랜트 모델을 기반으로 합니다. 펄스 폭 변조(PWM) 등과 같은 불연속성으로 인해 Simulink 모델이 0으로 선형화되는 경우, 시스템 식별을 사용하여( System Identification Toolbox™ 필요) 시뮬레이션 입출력 데이터로부터 선형 플랜트 모델을 생성할 수 있습니다.

Simulink ® 에서 모델링한 DC 모터용 PID 컨트롤러를 설계합니다. PID 컨트롤러 블록을 사용하여 폐루프 시스템을 만든 후 PID 튜너를 사용하여 PID 컨트롤러 블록의 게인을 튜닝합니다.
선형화할 수 없는 모델을 위한 PID 컨트롤러를 설계하십시오. 시스템 ID를 사용하여 시뮬레이션 입출력 데이터로부터 플랜트 모델을 식별합니다.

주파수 응답 기반 방법도 사용할 수 있습니다. 주파수 응답 기반 방법은 시뮬레이션 데이터에서 플랜트 주파수 응답의 몇몇 포인트를 측정한 결과를 바탕으로 PID 게인을 자동으로 연산합니다.

펄스 폭 변조(PWM)의 비연속성 때문에 선형화되지 못한 모델의 게인 자동 튜닝 위해 주파수 응답 기반의 PID 튜닝 방법을 사용합니다.

SISO 제어기 튜닝

Simulink Control Design은 Simulink에서 직접 Control System Toolbox™의 GUI 기반한 자동 튜닝 기능을 사용하여 SISO 제어 루프를 튜닝할 수 있는 Control System Designer 앱을 제공합니다. 선형화가 가능한 Simulink에서 작성한 모든 제어 아키텍처를 사용할 수 있습니다. 튜닝 가능한 Simulink 블록에는 Gain, Transfer Function, Zero-Pole, State-Space 및 PID Controller블록이 있습니다. Simulink Control Design은 자동으로 튜닝된 블록에 대한 관련 제어 루프를 파악하고 Control System Designer 앱에 대한 사전 구성된 세션을 실행합니다.

두 개의 단계식 피드백 루프를 튜닝합니다

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 또는 LQG와 같은 알고리즘을 사용하여 보상기 설계
  • 시간 도메인 및 주파수 도메인 설계 요구 사항(Simulink Design Optimization)을 충족하는 제어 루프의 최적화
  • PID 게인, 영점-극점-게인 표현, Masked 블록을 포함한 Simulink 블록의 매개 변수를 직접 튜닝
  • 모델의 외란 제거를 위한 참조 궤도와 같은 폐루프 응답 또는 제어 시스템의 성능 평가
  • 전체 비선형 시스템에서 검증하기 위해 튜닝된 매개 변숫값을 Simulink 모델에 사용

Control System Designer 앱 외에도 Control System Tuner 앱을 사용하여 Simulink에서 SISO 제어기를 튜닝할 수 있습니다. Control System Tuner 앱은 시간 도메인 및 주파수 도메인 요구 사항을 충족할 수 있게 자동으로 컨트롤러 파라미터를 조정합니다.

Control System Designer 앱 외에도 Control System Tuner 앱을 사용하여 Simulink에서 모델링된 SISO 컨트롤러를 튜닝할 수 있습니다. Control System Tuner 앱은 시간 도메인 및 주파수 도메인 요구 사항을 충족할 수 있게 자동으로 컨트롤러 파라미터를 튜닝합니다.


MIMO 제어기 튜닝

Simulink Control Design을 사용하면 Control System Tuner 앱을 통해 Simulink에서 모델링된 분산 제어기를 자동으로 조정할 수 있습니다. 툴박스를 사용하여 Simulink 모델의 선형화를 자동으로 계산하여 저장할 수 있습니다. Simulink Control Design은 Simulink 모델에서 지정된 제어 아키텍처의 튜닝 가능한 모델을 자동으로 생성합니다. 다음을 수행할 수 있습니다.

  • 튜닝되어야 하는 Simulink 모델 블록을 지정
  • 튜닝 할 요구 사항 지정
  • 필수 요구 사항(설계 제약 조건)을 충족하고 남은 요구 사항(목표)을 가장 잘 충족시킬 수 있도록 지정된 블록을 자동으로 조정
  • 비선형 시뮬레이션을 실행해 설계를 검증

이 접근 방식을 사용해 Simulink 블록을 사용해 모델링된 복잡한 다변수 제어기를 자동으로 튜닝할 수 있습니다. 예를 들어 제어 시스템 아키텍처를 변경하지 않고 다중 루프 제어 시스템에서 내부 루프 및 외부 루프 PID 컨트롤러를 자동으로 조정할 수 있습니다.

증류탑을 위한 비동조화 컨트롤러를 설계합니다.

게인 스케줄링 제어기의 튜닝

게인 스케줄링은 비선형 또는 시변(Time-Varying) 플랜트 제어를 위한 선형 기술입니다. 이는 다양한 운용 조건의 플랜트의 선형 근사화를하고 운용 조건에서의 컨트롤러 게인을 튜닝하고 플랜트의 운용 조건이 변경됨에 따라 제어기 게인을 스케줄링하는 것과 관련됩니다. Simulink Control Design은 구조가 고정된  제어 시스템의 게인 스케줄을 자동으로 산출하기 위한 툴을 제공합니다. 다음을 수행할 수 있습니다.

  • 다양한 운용 조건에서 Simulink 모델을 자동으로 트리밍 및 선형화
  • 제어기 이득 곡면을 스케줄링 변수의 함수로 매개 변수화
  • 작동 범위 전반에서 시스템을 나타내는 LPV(선형 파라미터 변화) 모델 구성
  • 추적 및 외란 제거 등의 튜닝 요구 사항 지정
  • 모든 작동 조건에서 튜닝 요구 사항을 충족할 수 있도록 자동으로 이득 곡면 계수를 조정
  • 튜닝된 게인 값으로 제어기를 구현하여 Simulink 룩업 테이블, Interpolation 또는 MATLAB® Function 블록의 파라미터 업데이트
루프 3개 오토파일럿을 위해 원활한 Gain schedule을 생성합니다.

임베디드 소프트웨어에서 PID 제어기의 자동 튜닝

Simulink Control Design은 물리적 플랜트를 대한 PID 제어기를 실시간으로 튜닝하는 Online PID Tuner​ 블록을 제공합니다. Online PID Tuner​ 블록을 사용하면 매개변수화된 플랜트 모델이나 초기 제어기 설계 없이도 PID 제어기가 특정 대역폭과 위상 여유를 달성하도록 튜닝할 수 있습니다. Online PID Tuner​ 블록은 하드웨어에서 입출력 데이터를 수집하고 시스템 다이나믹스를 파악하는 과정을 자동화합니다. 이 알고리즘은 플랜트 다이나믹스 모델없이 점근적으로 안정적인 플랜트에서 사용하도록 설계되었습니다.

모델 없이 튜닝을 하기 위해 Online PID Tuner​ 블록은 다음을 수행합니다.

  • 피드백 루프를 열고 플랜트의 지정된 동작점에 테스트 신호를 주입하여 플랜트 입출력 데이터를 실시간으로 수집합니다. 실험이 끝나면 피드백 루프를 닫습니다.
  • 입출력 데이터로부터 측정된 주파수 응답을 바탕으로 원하는 대역폭과 위상 여유를 달성하기 위해 PID 제어기를 튜닝합니다.
  • 폐루프 성능을 실시간으로 확인할 수 있도록 튜닝된 파라미터로 PID 제어기 블록 또는 기타 PID 제어기를 업데이트합니다.

사용자가 정형파, 계단응답의 진폭과 같은 실험 설정을 구성하고 튜닝 프로세스의 시작과 종료를 트리거할 수 있습니다. 
Simulink Coder™를 사용하면 임베디드 소프트웨어에 튜닝 알고리즘을 구현하기 위한 C 코드를 생성할 수 있어 루프에 Simulink 없이도 튜닝할 수 있습니다. 임베디드 배포의 경우 알고리즘을 신중하게 설계하고, 안전하지 않은 조건을 예방하는 안전 로직 설계 및 구현하는 것이 권장됩니다.

위에서 설명한 임베디드 배포 시나리오 외에도 워크플로 프로토타이핑을 위해 Online PID Tuner​ 블록을 사용할 수 있습니다. 이때 Simulink Real-Time™을 사용하거나 Arduino® 또는 기타 저가 하드웨어에서 Simulink 모델을 실행할 때 타겟에서 실행 중인 응용프로그램을 external 모드를 사용하여 제어할 수 있습니다. Simulink의 external  모드 사용 시에는 개루프 실험을 진행하는 알고리즘 부분에 대해서만 코드를 생성하여 플랜트 주파수 응답을 측정할 수 있습니다. 메모리 집약적인 PID 게인 계산은 호스트 컴퓨터에서 실행할 수 있습니다. external 모드를 사용하여 실험의 시작과 종료를 인터액티브하게 제어하고 계산된 PID 게인을 MATLAB 작업 공간에 저장할 수도 있습니다.

PID 자동튜닝 알고리즘을 임베디드 소프트웨어로 배포합니다. 플랜트 하드웨어에 대한 실시간 실험 수행과 PID 제어기 게인의 자동 연산을 위해 PID 자동튜닝 알고리즘을 실행합니다.


모델 트리밍

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

이러한 동작점은 정상 상태에서 시뮬레이션을 초기화하는 데 사용하거나 선형화 및 제어 설계에 사용할 수 있습니다.

비선형 항공기 모델을 트리밍 및 선형화하고 결과 선형 모델을 사용하여 피치 속도 댐퍼 컨트롤러를 설계합니다.

모델 선형화

Simulink Control Design을 사용하면 연속, 불연속 및 멀티레이트 Simulink 모델을 선형화할 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 비강압적이며 모델의 시뮬레이션 동작에 영향을 주지 않습니다.

Simulink Control Design은 선형화된 모델을 자동으로 계산하고 스텝 응답 플롯 또는 보데 다이어그램으로 결과를 시각화할 수 있게 합니다. Simulink 모델의 각 블록이 선형화에 미치는 영향을 분석하고 선형화 문제를 해결할 수 있도록 Linearization Advisor가 제공됩니다. 모델에서 원하는 수의 블록에 대한 선형 특성을 지정하여 결과를 미세 튜닝할 수 있습니다. 선형 특성은 행렬 이득 또는 LTI 모델로 지정할 수 있으며, 이를 통해 Stateflow® 차트 또는 PWM 신호 기반 시스템과 같은 불연속 또는 이벤트 기반 구성요소를 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 GUI에서 자동으로 MATLAB 코드를 생성할 수 있습니다. 배치 모드 트리밍과 선형화를 사용하여 다양한 플랜트 또는 제어기 파라미터 값에 대해 Simulink 모델에 대한 선형 근사화를 구할 수을  있습니다. 예를 들어 여러 플랜트 계수, 제어기 게인 또는 제어기 샘플 시간의 값에 따라​ 시스템을 선형화할 수 있습니다.

스크립트를 만들어 Simulink ® 모델의 배치 모드 트리밍 및 선형화를 수행합니다.

모델의 주파수 응답 계산

Simulink Control Design은 모델의 주파수 응답에 대한 시뮬레이션을 기반한 툴을 제공합니다. 이러한 툴을 사용하여 다음을 수행할 수 있습니다.

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

Simulink Control Design을 사용하면 사인 스윕 또는 처프 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 연산 가속을 지원합니다.

시뮬레이션을 사용하여 Simulink ® 모델의 주파수 응답을 측정합니다.