Control System Toolbox
Entwurf und Analyse von Regelungssystemen
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Die Control System Toolbox beinhaltet Algorithmen und Apps zum Analysieren, Entwerfen und Abstimmen linearer Regelungssysteme. Sie können Ihr System als Transferfunktions-, Zustandsraum-, Null-Polstellen-Verstärkung- oder Frequenzgangmodell angeben. Anwendungen und Funktionen wie Sprungantwort- und Bode-Diagramm ermöglichen Ihnen die Analyse und Visualisierung des Systemverhaltens in der Zeit- und Frequenzdomäne.
Sie können Kompensatorparameter mithilfe interaktiver Techniken wie Loop Shaping mit Bode-Diagrammen und der Wurzelort-Methode abstimmen. Die Toolbox stimmt automatisch sowohl SISO- als auch MIMO-Kompensatoren ab, einschließlich PID-Regler. Kompensatoren können mehrere abstimmbare Blöcke in zahlreichen Rückkopplungsschleifen umfassen. Sie können Gain-Scheduling-Regler abstimmen und mehrere Abstimmungsziele nennen, wie Referenzverfolgung, Störungsunterdrückung und Stabilitätsgrenzen. Validieren können Sie Ihren Entwurf durch das Überprüfen von Anstiegszeit, Überschwingung, Einschwingzeit, Verstärkung und Phasenrändern sowie anderen Anforderungen.
Dynamische Systemmodellierung
Erstellen Sie lineare Modelle Ihres Regelungssystems als Transferfunktionen, (dünnbesetzter) Zustandsraummodelle, LPV- und LTV-Modelle sowie andere Darstellungen. Diskretisieren und resampeln Sie Modelle. Vereinfachen Sie den Analyse- und Regelungsentwurf durch Reduzieren der Modellordnung.
Lineare Analyse
Visualisieren Sie das Systemverhalten in der Zeit- und Frequenzdomäne. Berechnen Sie Systemeigenschaften wie Anstiegszeit, Überschwingung und Einschwingzeit. Analysieren Sie die Systemstabilität durch Berechnung von Verstärkung und Phasenrändern sowie der Übergangsfrequenzen.
PID-Tuning
Stimmen Sie PID-Regler-Verstärkungen automatisch mithilfe der PID Tuner-App oder Befehlszeilenfunktionen ab, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Robustheit zu erhalten. Stimmen Sie kontinuierliche oder diskrete Regler und 2-DOF-PID-Regler ab.
Kompensator-Entwurf
Entwerfen und analysieren Sie interaktiv SISO-Regler mit je einer Ein- und Ausgabe über die Control System Designer-App und automatische Abstimmungsmethoden. Stimmen Sie gängige Regelungskomponenten mithilfe von Wurzelort, Bode-Diagrammen und Nichols-Diagrammen grafisch ab.
Zustandsschätzung und Entwurf von Zustandsraumregelungen
Verwenden Sie Entwurfsmethoden für Zustandsraumregelungen wie LQR/LQG und Polplatzierungsalgorithmen. Schätzen Sie Systemzustände mithilfe von Beobachtern wie lineare und nicht lineare Kalman-Filter ab.
Mehrschleifen- und Mehrzieloptimierung
Mit der Control System Tuner-App lassen sich beliebige in MATLAB oder Simulink modellierte, dezentrale SISO- und MIMO-Reglerstrukturen automatisch so abstimmen, dass sie Anforderungen in der Zeit- und Frequenzdomäne erfüllen.
Gain-Scheduling
Entwerfen Sie Regler mit Gain-Scheduling für nicht lineare oder zeitvariable Anlagen. Geben Sie Anforderungen an und stimmen Sie die Verstärkungsflächen-Koeffizienten ab. Validieren Sie die Abstimmungsergebnisse im gesamten Betriebsbereich Ihres Entwurfs.
Reglerentwurf in Simulink
Analysieren Sie in Simulink modellierte Regelungssysteme und stimmen Sie sie ab. Analysieren Sie ihre Zeit- und Frequenzdomäneneigenschaften mithilfe von Simulink Control Design. Linearisieren Sie Simulink-Modelle und berechnen Sie die Zeit- und Frequenzgänge. Stimmen Sie in Simulink modellierte Rückkopplungsschleifen grafisch oder automatisch ab.
Referenzanwendungen
Verwenden Sie Referenzanwendungsbeispiele zur Flugregelung, Leistungselektronik, Robotik und für weitere Anwendungen, um Regler, die in MATLAB und Simulink modelliert werden, zu entwickeln und zu analysieren.
Produktressourcen:
„Mit Simulink konnten wir in kurzer Zeit ein stabiles Regelungssystem erstellen. Das ganze System wurde modelliert, einschließlich der Zustandsmaschine und der kaskadierten PI-Controller. Wir haben dieses Modell verfeinert, um Robustheit und Reaktionszeit zu verbessern, dann mit RCP verifiziert und anschließend Embedded Code generiert.“
Control System Toolbox – Häufig gestellte Fragen
Die Control System Toolbox ist ein Add-on für MATLAB, mit dem Sie systematisch lineare Regelungssysteme modellieren, analysieren, entwerfen und abstimmen können. Sie bietet eine umfassende Sammlung von Algorithmen und interaktiven Apps für die Arbeit mit dynamischen Systemen, die als Transferfunktion, Zustandsraummodell, Nullstellen‑Polstellen‑Gewinn‑Modelle und als Frequenzgangdaten (FRD) dargestellt werden.
Sie können Ihr System als Transferfunktion, Zustandsraummodell, Nullstellen‑Polstellen‑Gewinn‑Modell, Frequenzgangdaten‑(FRD‑)Modell oder als Linear Parameter Varying (LPV)‑ und Linear Time Varying (LTV)‑Modelle angeben, sowohl für kontinuierliche als auch diskrete Zeit.
Sie können das Systemverhalten mit Apps und Funktionen visualisieren, z. B. Sprungantwortdiagrammen, Bode‑Diagrammen, Wurzelortdiagrammen, Nichols‑Diagrammen und Nyquist‑Diagrammen, und Kennwerte wie Anstiegszeit, Überschwingen, Einschwingzeit sowie Verstärkungs‑ und Phasenreserven berechnen.
Ja. Die Toolbox stimmt sowohl SISO‑ als auch MIMO‑PID‑Regler automatisch über die PID Tuner‑App oder Befehlszeilenfunktionen ab, um Leistung und Robustheit in Einklang zu bringen.
Sie können interaktive Techniken wie Bode‑Loop‑Shaping, das Wurzelortverfahren und die Control System Designer‑App zur grafischen Abstimmung von Reglern verwenden.
Ja. Die Toolbox unterstützt sowohl SISO‑ als auch MIMO‑Regelungsentwurf, einschließlich der automatischen Abstimmung dezentraler Reglerstrukturen mit mehreren Rückkopplungsschleifen.
Die Toolbox enthält Zustandsraumregelungsverfahren wie LQR/LQG und Polvorgabe‑Algorithmen sowie Zustandsabschätzung mit linearen und nichtlinearen Kalman‑Filtern.
Ja. Sie können Gain‑Scheduling‑Regler für nichtlineare oder zeitvariierende Stellglieder entwerfen, Anforderungen spezifizieren, Gain‑Scheduling‑Parameter automatisch abstimmen und die Ergebnisse über den gesamten Betriebsbereich validieren.
Ja. Die Control System Toolbox unterstützt automatische Code‑Generierungs‑Workflows. Regler, die in MATLAB entworfen und validiert wurden, können mit MATLAB Coder oder Simulink Coder auf Embedded‑Hardware bereitgestellt werden und so den Weg vom Entwurf zur Produktionsimplementierung unterstützen.
Mit Simulink Control Design können Sie Simulink‑Modelle linearisieren, zeit‑ und frequenzbereichsbezogene Eigenschaften analysieren sowie in Simulink modellierte Rückkopplungsschleifen grafisch oder automatisch abstimmen.
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