MATLAB und Simulink für Steuerungs- und Regelungssysteme

Steuerungssysteme entwerfen, testen und implementieren

Ingenieure der Regelungstechnik verwenden MATLAB® und Simulink® in allen Entwicklungsschritten – von der Anlagenmodellierung über Entwurf und Optimierung von Regelungsalgorithmen und Überwachungslogik bis hin zur Bereitstellung mit automatischer Codegenerierung und zu Systemverifizierung, -validierung und -tests. MATLAB und Simulink bieten:

  • eine Mehrdomänen-Blockdiagrammumgebung für die Modellierung der Anlagendynamik, den Entwurf von Steuerungsalgorithmen sowie die Ausführung von geschlossenen Simulationen
  • Anlagenmodellierung mithilfe von Tools für die Systemidentifikation oder die Modellierung physikalischer Systeme
  • vordefinierte Funktionen und interaktive Tools zur Analyse von Überschwingen, Anstiegszeit, Phasenrand, Amplitudenrand und anderen Leistungs- und Stabilitätsmerkmalen im Zeit- und Frequenzbereich
  • Wurzelortsverfahren, Bode-Diagramme, LQR/LQG-Design, robuste Steuerung, modellprädiktive Regelung und andere Entwurfs- und Analysetechniken
  • Automatische Optimierung von PID-, Gain-Scheduling- und beliebigen SISO- und MIMO-Steuerungssystemen
  • Modellierung, Entwurf und Simulation von Überwachungslogik für die Durchführung von Ablaufplanung, Modusumschaltungen sowie Fehlererkennung, -isolation und Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft (FDIR)

“Mit den MathWorks-Tools für das Model-Based Design konnten wir nicht nur unsere Steuerungs- und Regelungsalgorithmen simulieren, sondern auch die physikalische Regelstrecke. Durch automatische Codegenerierung für die Steuersoftware und den Prüfstand konnten wir die Entwicklungszeit verkürzen und Änderungen sehr schnell implementieren. Alle Simulations- und Testergebnisse ließen sich mühelos visualisieren, wodurch wir sicher sein konnten, dass der am Ende implementierte Systementwurf den Erwartungen in jeder Hinsicht entsprach.”

David Gendre, Astrium

Verwendung von MATLAB und Simulink für Steuerungs- und Regelungssysteme

Modellieren und Simulieren der Anlagendynamik

Verwenden Sie MATLAB und Simulink, um genaue Anlagenmodelle zu erstellen. Beschreiben Sie die komplexe Dynamik Ihrer Anlage mithilfe einer Reihe unterstützter Modellierungsansätze und verwenden Sie für jede Komponente der Regelstrecke den für sie optimalen Ansatz.

Schätzen Sie die Anlagendynamik anhand der Eingangs-/Ausgangs-Daten mithilfe der Systemidentifikation, wenn Sie die detaillierte Struktur des Modells nicht kennen. Alternativ können Sie komplexe Mehrdomänen-Anlagenmodelle erstellen, ohne die unterliegenden Grundprinzipien-Gleichungen ableiten zu müssen, indem Sie Tools für die Modellierung physikalischer Systeme nutzen. Verwenden Sie Blöcke, die mechanische, elektrische, magnetische, hydraulische, pneumatische und thermale Komponenten darstellen, um die Komponenten-Topographie und physikalischen Verbindungen Ihres Systems darzustellen.


Entwurf und Optimierung von Rückkopplungs-Kompensatoren

Analysieren und entwickeln Sie Rückkopplungs-Kompensatoren und bewerten Sie wichtige Leistungskriterien wie Überschwingen, Anstiegszeit und Stabilitätsgrenzen. Trimmen und linearisieren Sie nicht lineare Simulink-Modelle. Sie können auch den Einfluss von Unsicherheiten auf die Leistung und die Stabilität Ihrer Modelle modellieren und analysieren.

Nutzen Sie Bode-Diagramme, Wurzelortsverfahren und andere Entwurfstechniken für lineare Regelungssystemen, und optimieren Sie PID-Regler in einem Simulationsmodell oder auf Testhardware automatisch. Mit vorgefertigten Tools können Sie dezentrale multivariable Regler automatisch optimieren und moderne Regelungsstrategien nutzen, wie die modellprädiktive Regelung und die robuste Steuerung. Verwenden Sie Optimierungsmethoden, um Reglerverstärkungen so zu berechnen, dass Beschränkungen für die Anstiegszeit und das Überschwingen eingehalten werden.


Entwurf und Simulation von Überwachungslogik

Mit Stateflow lässt sich die Überwachungslogik modellieren, entwickeln und simulieren, die den Ablauf von Reglerstrategien steuert, deren Betriebsmodus festlegt und die Fehlererkennung, -isolation und Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft (Fault Detection, Isolation and Recovery, FDIR) übernimmt.

Verwenden Sie den grafischen Editor, um Ihre Logik als Zustandsautomat oder Flussdiagramm zu erstellen. Sie können auch grafische und tabellarische Darstellungen kombinieren – wie Zustandsübergangsdiagramme, Flussdiagramme, Zustandsübergangstabellen und Wahrheitstabellen – um zu modellieren, wie Ihr System auf Ereignisse, zeitabhängige Bedingungen und externe Eingangssignale reagiert. Visualisieren Sie das Systemverhalten während der Simulation, indem Sie Zustandsdiagramm-Animationen verwenden, um die aktiven Zustände und Zustandsübergänge Ihres Modells hervorzuheben.


Bereitstellen von Entwürfen auf Embedded-Steuerungen

Nachdem Sie Ihre Steuerungsalgorithmen entworfen haben, können Sie sie für die Implementierung fein abstimmen. Sie können die Festkomma-Datentyp-Eigenschaften Ihres Entwurfs spezifizieren, um ihn für die Implementierung mit Festkomma-Arithmetik vorzubereiten. Nachdem Sie Ihre Steuerungsalgorithmen in geschlossenen Simulationen auf dem PC verifiziert haben, stellen Sie sie auf Microcontrollern, PLCs und FPGAs in der Produktion bereit, indem Sie automatisch Code in C, Structured Text oder HDL generieren.

Sie können Ihr Steuerungs- oder Regelungssystem kontinuierlich testen und verifizieren. Führen Sie HIL-Tests (Hardware-in-the-Loop) durch, indem Sie den Regelungsalgorithmus auf einem Embedded-Regler ausführen und das Anlagenmodell in Echtzeit auf einem Zielcomputer ausführen, der mit dem Regler verbunden ist. Sie können Ihr Steuerungs- oder Regelungssystem zusätzlich verifizieren und testen, indem Sie formale Verifikationsmethoden verwenden.

Fordern Sie eine kostenlose Testversion an

Eine 30-tägige Erkundungstour auf Knopfdruck.