Control System Toolbox

Progettazione e analisi di sistemi di controllo

 

Control System Toolbox™ fornisce algoritmi e applicazioni per analizzare, progettare e regolare sistematicamente i sistemi di controllo lineari. È possibile specificare il sistema come funzione di trasferimento, modello stato-spazio, rappresentazione poli-zeri-guadagno o risposta in frequenza. Le app e le funzionalità, quali il grafico della risposta allo scalino e il diagramma di Bode, consentono di analizzare e visualizzare il comportamento del sistema nel dominio del tempo e nel dominio della frequenza.

È possibile regolare i parametri del compensatore usando tecniche interattive come il Bode loop shaping e il metodo del luogo delle radici. Il toolbox regola automaticamente entrambi i compensatori SISO e MIMO, inclusi i controller PID. I compensatori possono includere più blocchi regolabili che coinvolgono diversi cicli di feedback. È possibile regolare controllori gain-scheduled e specificare più obiettivi di regolazione, come l’inseguimento del segnale di riferimento, la reiezione ai disturbi e i margini di stabilità. Si può poi convalidare il progetto verificando il tempo di salita, la sovraelongazione, il tempo di assestamento, i margini di guadagno e di fase e altri requisiti.

Modelli lineari

Crea modelli lineari del tuo sistema di controllo utilizzando la funzione di trasferimento, stato-spazio e altre rappresentazioni. Esegui la discretizzazione dei modelli. Semplifica i modelli riducendone l’ordine.

Funzioni di trasferimento e modelli stato-spazio

Crea modelli di sistemi lineari tempo-invariante utilizzando le funzioni di trasferimento o le rappresentazioni stato-spazio. Manipola i controller PID e i dati di risposta in frequenza. Modella sistemi SISO o MIMO, continui o discreti. Costruisci diagrammi a blocchi complessi collegando modelli di base in serie, in parallelo o in retroazione.

Discretizzazione dei modelli

Utilizza le funzioni a riga di comando o le attività interattive di Live Editor per ricampionare modelli di sistemi dinamici e convertire i modelli tra domini a tempo continuo e a tempo discreto. Utilizza il metodo Zero-Order Hold, bilineare (Tustin), corrispondenza poli-zeri e altri metodi di conversione.

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Riduzione di modelli

Utilizza l’app Model Reducer, l’attività di Live Editor o le funzioni a riga di comando per ridurre in modo interattivo l’ordine dei modelli degli impianti o dei controller preservando le dinamiche importanti per la tua applicazione. Utilizza le tecniche di troncamento bilanciato, semplificazione poli-zero o selezione della modalità.

Analisi lineare

Visualizza il comportamento di sistema nel dominio del tempo e della frequenza. Calcola caratteristiche di sistema come tempo di salita, overshoot e tempo di assestamento. Analizza la stabilità del sistema.

Analisi nei domini di tempo e frequenza

Utilizza l’app Linear System Analyzer per visualizzare e mettere a confronto le risposte in tempo e frequenza tra più modelli utilizzando la risposta allo scalino e la risposta all'impulso, i diagrammi di Bode, Nichols e Nyquist, la rappresentazione del valore singolare e il diagramma poli-zeri. Esamina le caratteristiche come il tempo di salita, il tempo di assestamento e l’overshoot massimo.

Analisi della stabilità

Calcola il margine di guadagno, il margine di fase e le frequenze crossover. Esamina le posizioni dei poli e dello zero di sistemi dinamici a livello grafico e numerico. Calcola il coefficiente di smorzamento, la frequenza naturale e la costante di tempo dei poli di un modello lineare.

Calcolo dei margini di guadagno, dei margini di fase e delle frequenze crossover.

Passività e vincoli settoriali

Calcola diverse misure di passività per sistemi lineari tempo-invariante. Analizza i sistemi per la passività e i vincoli conici-settoriali arbitrari.

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Controllo PID

Regola i guadagni del controller PID utilizzando strumenti di regolazione interattivi e automatici.

Regolazione PID

Utilizza l’app PID Tuner, l’attività di Live Editor o le funzioni a riga di comando per regolare automaticamente i guadagni del controller PID e bilanciare prestazioni e robustezza. Specifica i parametri di regolazione, quali il tempo di risposta e il margine di fase desiderati. Regola controller PID continui o discreti.

Stima interattiva della dinamica di un impianto

Crea un modello di un impianto dai dati di input-output misurati direttamente nell’app PID Tuner utilizzando System Identification Toolbox™. Oppure, utilizza Live Editor per identificare le dinamiche dell’impianto e regolare il controller PID.

Controllo PID 2-DOF

Regola i controller PID con due gradi di libertà (2-DOF). Utilizza un controller PID 2-DOF al posto di un controller PID 1-DOF per ottenere una migliore reiezione ai disturbi senza un aumento significativo dell’overshoot nell’inseguimento dei segnali di riferimento.

Regolazione di un controller PID 2-DOF (linea continua) e confronto con un controller PID 1-DOF (linea tratteggiata) nell’applicazione PID Tuner.

Progettazione di un compensatore

Progetta in modo interattivo e analizza sistemi di controllo

Progettazione interattiva mediante il luogo delle radici e diagrammi di Bode

Utilizza l’app Control System Designer per progettare in modo interattivo e analizzare sistemi di controllo SISO. Regola graficamente i comuni componenti di controllo quali PID, reti di anticipo/ritardo e filtri eliminabanda utilizzando il luogo delle radici, i diagrammi di Bode e i diagrammi di Nichols.

Monitoraggio con risposta ad anello chiuso

Visualizza le risposte ad anello aperto e chiuso utilizzando diagrammi di risposta allo scalino, Nyquist e altri diagrammi che si aggiornano in modo dinamico in base alla regolazione del controller. Specifica e valuta i requisiti di progettazione nel dominio del tempo e della frequenza come il tempo di salita, l’overshoot massimo, il margine di guadagno e il margine di fase.

Progettazione multi-loop

Regola controller costituiti da più anelli SISO. Chiudi sequenzialmente gli anelli SISO, visualizza le interazioni tra gli anelli e regola in modo iterativo ciascun anello per ottimizzare le prestazioni complessive.

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Regolazione automatica

Affina automaticamente i sistemi di controllo per soddisfare requisiti di progettazione di alto livello

Anelli SISO e MIMO

Utilizza l’app Control System Tuner o le funzioni a riga di comando per modellare e regolare le architetture dei sistemi di controllo SISO o MIMO con semplici elementi regolabili, come i guadagni, i controllori PID o i filtri di ordine basso. Regola congiuntamente diversi anelli in un sistema di controllo multi-loop.

Obiettivi nel dominio del tempo e della frequenza

Specifica e visualizza i requisiti di regolazione, come le prestazioni di tracciamento, reiezione ai disturbi, amplificazione del rumore, posizioni dei poli a circuito chiuso e margini di stabilità. Sintonizza automaticamente i parametri del controller per soddisfare i requisiti indispensabili (vincoli progettuali) e per soddisfare al meglio gli altri requisiti (obiettivi).

Regolare in base a una serie di modelli di impianto

Progetta un controller resistente ai cambiamenti delle dinamiche dell’impianto, a causa di variazioni dei parametri e delle condizioni operative e di guasti ai sensori o agli attuatori.

Progettazione di un controller resistente alle variazioni dei parametri dell’impianto.

Gain scheduling

Progetta e regola controller gain-scheduled per impianti non lineari o variabili nel tempo

Controller gain-scheduled in Simulink

Modella sistemi di controllo gain-scheduled in Simulink® utilizzando blocchi come il controller PID variabile, la funzione di trasferimento variabile, il filtro eliminabanda variabile e il filtro passa-basso variabile.

Libreria per la modellazione di controller gain-scheduled in Simulink.

Regolazione delle superfici di guadagno

Regola automaticamente i coefficienti delle superfici di guadagno per soddisfare i requisiti prestazionali nel limite di esercizio del sistema e ottimizzare le transizioni tra i punti operativi. Specifica i requisiti che variano in base alle condizioni operative. Valida i risultati di regolazione in tutto l’intervallo operativo del tuo progetto.

Stima dello stato e progettazione LQG

Utilizza i metodi di progettazione di controlli stato-spazio, come gli algoritmi LQG/LQR e di posizionamento dei poli. Progetta osservatori tra cui filtri Kalman lineari e non lineari.

LQR/LQG e posizionamento dei poli

Progetta regolatori lineari quadratici discreti e continui (LQR) e controller lineari quadratici Gaussiani (LQG). Calcola le matrici di guadagno di feedback per collocare i poli ad anello chiuso nelle posizioni desiderate.

Filtri di Kalman

Progetta e simula filtri di Kalman lineari stazionari e variabili nel tempo. Genera codice C/C++ per questi filtri utilizzando MATLAB Coder™ e Simulink Coder™.

Stimatori di stato non lineari

Stima gli stati di sistemi non lineari utilizzando filtri Kalman estesi e unscented o filtri particolati in MATLAB® e Simulink. Genera codice C/C++ per questi filtri utilizzando MATLAB Coder e Simulink Coder.

Progettazione di controlli in Simulink

Analizza e regola i sistemi di controllo modellati in Simulink.

Analisi lineare

Utilizza lo strumento di analisi lineare in Simulink Control Design™ per linearizzare i modelli Simulink. Calcola le risposte di tempo e frequenza di modelli linearizzati utilizzando la risposta allo scalino e la risposta all'impulso, i diagrammi di Bode, Nichols e Nyquist, la rappresentazione del valore singolare e il diagramma poli-zeri.

Progettazione di un compensatore

Regola graficamente i cicli di feedback SISO modellati in Simulink tramite Simulink Control Design. Progetta controller utilizzando editor grafici interattivi Nichols, Bode e luogo delle radici per aggiungere, modificare e rimuovere poli, zeri e guadagni del controller.

Regolazione di un compensatore

Regola automaticamente i guadagni dei controller PID modellati in Simulink. Utilizza l’app Control System Tuner o gli strumenti a riga di comando in Simulink Control Design per regolare automaticamente i guadagni e le dinamiche degli elementi di controllo distribuiti in qualsiasi numero di cicli di feedback in Simulink.

Funzionalità recenti

Attività in Live Editor

Esecuzione di attività di trasformazione di modelli e progettazione di controlli in modo interattivo e generazione di codice MATLAB in un live script

Vedi le note di rilascio per ulteriori informazioni su queste caratteristiche e sulle funzioni corrispondenti.

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