MATLAB e Simulink per i sistemi di controllo

Progettare, testare e implementare sistemi di controllo

Gli ingegneri che si occupano di sistemi di controllo utilizzano MATLAB® e Simulink® per tutte le fasi di sviluppo, dalla modellazione dell’impianto alla progettazione e ottimizzazione di algoritmi di controllo, alla logica di supervisione fino all’implementazione con generazione automatica del codice e verifica, convalida e test del sistema.

MATLAB e Simulink offrono:

  • Un ambiente con diagrammi a blocchi multi-dominio per modellare la dinamica dell’impianto, progettare algoritmi di controllo ed eseguire simulazioni a circuito chiuso 
  • La possibilità di modellare l’ impianto utilizzando l’identificazione di sistema o strumenti di modellazione fisica
  • Funzioni predefinite e strumenti interattivi per l’analisi dell’overshoot, del tempo di salita, del margine di fase, del margine di guadagno e altre caratteristiche di prestazioni e stabilità nei domini di tempo e frequenza
  • Luogo delle radici, diagrammi di Bode, LQR, LQG, controllo solido, controllo predittivo dei modelli e altre tecniche di progettazione e analisi
  • Regolazione automatica di sistemi di controllo PID, gain-scheduled e SISO e MIMO arbitrari
  • Modellazione, progettazione e simulazione della logica di supervisione per pianificazione, cambio di modalità e rilevamento, isolamento e ripristino guasti (FDIR)

“Con gli strumenti MathWorks per la progettazione model-based, abbiamo simulato non solo gli algoritmi di controllo ma anche l’hardware fisico. Con la generazione automatica del codice per il software di controllo e il testbench, abbiamo compresso i tempi di sviluppo e implementato rapidamente le modifiche. La possibilità di visualizzare la simulazione e i risultati dei test ci ha dato fiducia nel progetto che abbiamo scelto alla fine.”

David Gendre, Astrium

Uso di MATLAB e Simulink per i sistemi di controllo

Modellare e simulare le dinamiche degli impianti

Usa MATLAB e Simulink per creare modelli accurati degli impianti. Descrivi le complesse dinamiche del tuo impianto usando la serie di approcci di modellazione supportati e utilizza quello più appropriato per ogni componente dell’impianto al fine di creare un modello di impianto a livello di sistema.

Stima le dinamiche dell’impianto in base ai dati di input-output usando l’identificazione dei sistemi quando la struttura dettagliata del modello non è nota. In alternativa, crea complessi modelli di impianti multidominio senza dover derivare le equazioni dei primi principi sottostanti usando gli strumenti di modellazione fisica. Utilizza i blocchi che rappresentano i componenti meccanici, elettrici, magnetici, idraulici, pneumatici e termici per mappare le connessioni topografiche e fisiche dei componenti del sistema.


Progettare e regolare i compensatori in retroazione

Analizza e sviluppa compensatori ad anello chiuso, poi valuta i parametri di performance chiave, quali l’overshoot, il tempo di salita e i margini di stabilità. Regola e linearizza i modelli Simulink non lineari. Puoi anche modellare e analizzare gli effetti dell’incertezza in base alle performance e alla stabilità dei modelli.

Sfrutta i diagrammi di Bode, il luogo delle radici e altre tecniche di progettazione del controllo lineare, oltre a regolare automaticamente i controller PID in un modello di simulazione o su hardware di prova. Gli strumenti predefiniti ti permettono di regolare in modo automatico i controller multivariabile decentralizzati e di sfruttare avanzate strategie di controllo, come il controllo predittivo dei modelli e il controllo solido. Usa dei metodi di ottimizzazione per calcolare i guadagni dei controller e rispettare i vincoli dati dal tempo di salita e dall’overshoot.


Progettare e simulare la logica di supervisione  

Usa Stateflow per modellare, progettare e simulare la logica di supervisione nel sistema di controllo, che pianifica il funzionamento del controller, verifica la modalità operativa del sistema ed esegue la procedura di identificazione dei guasti, isolamento e recupero (FDIR).

Usa l’editor grafico per costruire la tua logica come una macchina a stati o un diagramma di flusso. Puoi anche combinare rappresentazioni grafiche e tabellari, compresi diagrammi di transizione di stato, diagrammi di flusso, tabelle di transizione di stato e tabelle della verità, per modellare il modo in cui il sistema reagisce a eventi, condizioni basate sul tempo e segnali in ingresso esterni. Visualizza il comportamento del sistema durante la simulazione utilizzando le animazioni dei diagrammi di stato per evidenziare gli stati e le transizioni attive nel modello.


Distribuire progetti su controller embedded

Dopo aver progettato gli algoritmi del tuo sistema di controllo, potrai affinarli per l’implementazione. Potrai specificare le proprietà dei tipi di dati a virgola fissa del progetto per prepararlo all’implementazione con aritmetica a virgola fissa. Dopo aver verificato gli algoritmi di controllo nelle simulazioni desktop a circolo chiuso, distribuiscili sui microcontroller di produzione, PLC e FPGA mediante generazione automatica di codice C, testo strutturato o codice HDL.

Potrai testare e verificare continuamente il tuo sistema di controllo. Fai test hardware-in-the-loop (HIL) eseguendo l’algoritmo di controllo su un controller embedded e facendo funzionare il modello dell’impianto in tempo reale su un computer target connesso al controller. Potrai inoltre testare e verificare il tuo sistema di controllo usando metodi di verifica formale.


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