Simulink Control Design

 

Simulink Control Design

Modelle linearisieren und Regelungssysteme entwerfen

Jetzt beginnen:

PID-Regler

Automatische Optimierung von PID-Reglern in einem Simulink-Modell

Modellbasierte PID-Optimierung

Verwenden Sie die PID-Tuner-App, um Simulink-Modelle automatisch zu linearisieren und Verstärkungsfaktoren von PID-Reglerblöcken mit einem einzigen Mausklick zu berechnen. Sie können die Reglerleistung interaktiv verfeinern, indem Sie die Bandbreite (Reaktionszeit) und die Phasenränder (Robustheit) auf die Designanforderungen abstimmen.

Schätzung der Anlagendynamik aus Simulationsdaten

Verwenden Sie für Simulink-Modelle, die aufgrund von Diskontinuitäten wie z. B. einer Pulsweitenmodulation (PWM) nicht linearisieren, die PID-Tuner-App zum Erstellen eines linearen Anlagenmodells aus Simulationseingabe-/ausgabedaten mithilfe der Systemidentifikation ( System Identification Toolbox™ erforderlich).  Alternativ können Sie die Verstärkungsfaktoren des PID-Reglers basierend auf einer Frequenzgangschätzung Ihres Anlagenmodells automatisch optimieren.

Automatische PID-Optimierung in Echtzeit

Verwenden Sie den Closed-Loop PID Autotuner-Block für die automatische Optimierung der PID-Verstärkungsfaktoren in Echtzeit, basierend auf den Frequenzgangschätzungen der Anlage aus Hardware-Experimenten. Generieren Sie C Code für die Implementierung des Optimierungsalgorithmus in Embedded Software. Führen Sie Experimente auf Anlagen-Hardware in Echtzeit aus und lassen Sie die PID-Verstärkungsfaktoren ohne Simulink im Regelkreis automatisch berechnen (erfordert Simulink Coder™).

Kompensator-Entwurf

Optimieren Sie SISO-Regelkreise direkt in Simulink mithilfe der grafischen und automatischen Optimierungstools

Interaktiver Entwurf

Modellieren Sie eine beliebige Regelungsstruktur in Ihrem Simulink-Modell mithilfe von Verstärkung, Transferfunktion, Zustandsraum, PID-Regler und weiteren optimierbaren Blöcken. Optimieren Sie diskrete oder kontinuierliche Regelschleifen grafisch mithilfe von Wurzelortskurven, Bode- und Nichols-Diagrammen. Aktualisieren Sie das Simulink-Modell mit optimierten Verstärkungsfaktoren und verifizieren Sie Ihren Entwurf mithilfe der Simulation.

Mehrschleifen-Entwurf

Optimieren Sie Regler mit mehreren SISO-Regelschleifen interaktiv und legen Sie Schleifenöffnungen ohne Modifizierung Ihres Simulink-Modells fest. Sie können Regelschleifen-Interaktionen und Kopplungseffekte visualisieren und zugleich Parameter zur Steigerung der allgemeinen Leistung optimieren.

Bode-Entwurf für Mehrschleifenregelungen

Automatisierte Optimierung

Optimieren Sie in Simulink modellierte dezentralisierte Regler automatisch, um Designanforderungen zu erfüllen.

SISO- und MIMO-Regelschleifen

Optimieren Sie beliebige SISO- und MIMO-Regelungsstrukturen mithilfe der Control System Tuner-App oder über Befehlszeilenfunktionen automatisch. Sie können dezentralisierte Regelungsarchitekturen mit einfachen optimierbaren Elementen wie Verstärkungsfaktoren, PID-Reglern oder Filtern niedriger Ordnung optimieren. Sie können auch mehrere Regelschleifen in einem Mehrschleifen-Regelungssystem in Simulink gleichzeitig optimieren.

Zeit- und Frequenzbereichsziele

Sie können Optimierungsanforderungen, z. B. Ziele für das Führungsverhalten, Sensitivitätsziele, Störungsunterdrückung, Positionen der Pole des geschlossenen Regelkreises und Stabilitätsreserven festlegen und visualisieren. Regelparameter können Sie automatisch optimieren, um obligatorische Anforderungen (Entwicklungsbedingungen) und verbleibende Anforderungen (Ziele) bestmöglich zu erfüllen.

Optimierung anhand eines Satzes von Anlagenmodellen

Linearisieren Sie Simulink-Modelle über unterschiedliche Betriebspunkte, Parametervariationen und Fehlerzustände, um einen Satz linearer Anlagenmodelle zu erstellen. Optimieren Sie dann das Regelungssystem, um die Leistungsziele für alle Anlagenmodelle zu erfüllen.

Erstellung linearer Anlagenmodelle mit Parametervariationen

Linearisierung

Berechnung einer linearen Näherung für ein nichtlineares Simulink-Modell

Lineare Analyse

Linearisieren Sie kontinuierliche, diskrete und Multiraten-Simulink-Modelle. Verwenden Sie das Linear Analysis Tool oder die Befehlszeilenfunktionen zur Festlegung von Regelkreisöffnungen und Linearisierungseingaben und -ausgaben. Sie können das komplette Modell, Teile des Modells, einen einzelnen Block oder ein Subsystem linearisieren. Visualisieren Sie die Ergebnisse in einem Sprungantwort- oder Bode-Diagramm und berechnen Sie Antworten für offene und geschlossene Regelkreise.

Linearisierung über Betriebspunkte und Parametervariationen

Extraktion und Analyse mehrerer Linearisierungen für ein Modell; unterschiedliche Parameterwerte, Betriebspunkte, E/A-Sätze; Implementierung von Modellen mit linearer Parametervariation (LPV)

Linearization Advisor

Identifizieren und beheben Sie gängige Linearisierungsprobleme mithilfe des Linearization Advisor. Sie können Blöcke auf dem Linearisierungspfad bestimmen und Blöcke mit einem bestimmten Linearisierungsverhalten isolieren, z. B. auf Nullstellen linearisierte Blöcke.

Diagnostizieren von Linearisierungsproblemen mit dem Linearization Advisor

Frequenzgangschätzung:

Schätzen und untersuchen Sie Frequenzbereichseigenschaften von Simulink-Modellen oder physischen Anlagen

Offline-Frequenzgangschätzung

Verwenden Sie das Linear Analysis Tool oder die Befehlszeilenfunktionen zur Schätzung des Frequenzgangs eines in Simulink modellierten Systems, ohne das Modell zu modifizieren. Dabei haben Sie folgende Optionen:

  • Sie können Anregungssignale wie Sinusanregungen oder Chirp-Signale konstruieren.
  • Sie können die Simulationen ausführen, die Daten erfassen und den Frequenzgang des Modells berechnen und grafisch darstellen.
  • Sie können die Frequenzbereichseigenschaften untersuchen und die Linearisierung des Simulink-Modells validieren.

Online-Frequenzgangschätzung

Messen Sie den Frequenzgang Ihres Systems während des Betriebs. Sie können einen Embedded Schätzalgorithmus als eigenständig ausführbare Anwendung für die Echtzeit-Schätzung einer physischen Anlage verwenden.

Frequenzgangschätzungs-Block

Parametrische Modelle

Berechnen Sie lineare parametrische Modelle mithilfe der System Identification Toolbox mit dem berechnetem Frequenzgang eines Simulink-Modells.

Erstellung parametrischer Modelle aus dem  Frequenzgang eines Simulink-Modells

Lernbasierte Regelung

Implementierung datengesteuerter, lernbasierter Regelungsverfahren

Extremwertregler

Passen Sie die Parameter des Regelungssystems mit dem Extremum Seeking Controller-Block zur Maximierung einer Zielfunktion mithilfe einer modellfreien Echtzeit-Optimierung automatisch an. Verwenden Sie den Extremwertregler für die adaptive Geschwindigkeitsregelung, das Maximum Power Point Tracking (MPPT) für Solaranlagen, Antiblockiersysteme (ABS) und weitere Anwendungen.

Extremwertregler für Antiblockiersysteme (ABS)

Erzwingen von Bedingungen

Modifizieren Sie das Regelverhalten, um Bedingungen und Aktionsgrenzen mithilfe des Constraint Enforcement-Blocks zu erfüllen. Wenden Sie Bedingungen auf Regelungssysteme mit modellprädiktiver Regelung, Verstärkungslernen und PID-Regelung für automatisiertes Fahren, Robotik und weitere Anwendungen an.

Gain-Scheduling

Automatische Optimierung von Reglern mit Gain-Scheduling für nichtlineare oder zeitvariable Anlagen

Optimierung von Verstärkungsflächen

Modellieren Sie Gain-scheduled Regelungssysteme mithilfe von Simulink-Blöcken, z. B. mit unterschiedlichen PID-Reglern, Transferfunktionen, Bandsperr- und Tiefpassfiltern. Optimieren Sie Verstärkungsflächen-Koeffizienten zur Erfüllung von Leistungsanforderungen für die gesamte Betriebshüllkurve des Systems und für nahtlose Übergänge zwischen Betriebspunkten automatisch. Sie können Anforderungen in Abhängigkeit vom Betriebszustand festlegen und die Optimierungsergebnisse über den gesamten Betriebsbereich des Entwurfs validieren.

Schätzung von Verstärkungsflächen für die Optimierung

Betriebspunkte

Bestimmen der Betriebspunkte des Modells mithilfe von Spezifikationen oder Simulationszeiten und Initialisierung des Modell am Betriebspunkt

Analyse im stationären Zustand

Berechnen Sie Betriebspunkte aus benutzerdefinierten Spezifikationen. Sie können benutzerdefinierte Bedingungen und Ziele für das Trimmen definieren. Sie können während der Simulation auch Betriebspunkt-Snapshots zu bestimmten Zeiten oder bei bestimmten Ereignissen erstellen.

Schätzung von Verstärkungsflächen für die Optimierung

Steady-State Manager

Verwenden Sie die Steady-State Manager-App für die interaktive Berechnung von Betriebspunkten aus Zustands-, Eingabe- und Ausgabespezifikationen. Validieren Sie Betriebspunkte anhand von Spezifikationen und ermitteln Sie Betriebspunkte interaktiv aus Simulations-Snapshots.

Modell-Initialisierung

Initialisieren Sie das Modell mit berechneten Betriebspunkten, um die Simulation aus einem stationären Zustand oder von einem Simulations-Snapshot aus zu starten. Sie können die Simulation zu Beginn des zu testenden Szenarios starten.

Initialisierung des Modells am Betriebspunkt