Control System Toolbox

制御システムのチューニング

Control System Toolbox では、SISO と MIMO の設計手法を使用して、制御システム パラメーターを体系的にチューニングできます。

PID コントローラーのチューニング

Control System Toolbox には、PID チューニング アプリまたはコマンド ライン関数を使用して、PID コントローラーを操作およびチューニングするためのツールが用意されています。以下を行うことができます。

  • PID オブジェクトを使用して、標準形式または並列形式で連続時間または離散時間の PID コントロールを表現する
  • PID ゲインを自動的にチューニングして、性能とロバスト性のバランスを計る
  • 望ましい応答時間や位相余裕などのチューニング パラメーターを指定する

Control System Toolbox を活用した PID 制御設計 2:22
Control System Toolbox を活用した PID 制御設計

SISO コントローラーのチューニング

制御システム チューニング アプリでは、SISO 制御システムを設計および解析することができます。以下を行うことができます。

  • PID、位相進み/遅れ補償器、ノッチ フィルターなどの一般的な制御コンポーネントの設計
  • 根軌跡、ボード線図、ニコルス線図などの古典的手法を使用した、SISO ループのグラフィカルなチューニング
  • コントローラーをチューニングしながら、閉ループの応答と性能要件をリアルタイムで監視
  • サンプル時間やコントローラーの複雑さといった、設計因子の評価

SISO 設計ツールを活用した制御システム設計 4:40
SISO 設計ツールを使用して、制御システムを設計します。

伝達関数や周波数応答データなどの標準的なモデル表現に加え、制御システム チューニング アプリでは遅延のあるシステムがサポートされています。また、複数のプラント モデルを同時に使用し、異なる運転条件に対して制御設計を評価することもできます。

Simulink Control Design では Control System Toolbox の機能が拡張され、複数の SISO ループで構成されるコントローラーを Simulink でチューニングすることができます。SISO ループをそれぞれ逐次閉じるなど、各ループ間の関係を可視化し、全体的な性能が最高になるように各ループを繰り返しチューニングすることもできます。Simulink Control Design では、チューニングされたパラメーターを直接 Simulink に取り込み、非線形シミュレーションを通じてさらに詳細に設計を検証することができます。

Simulink Design Optimization と制御システム チューニング アプリを併用すれば、時間ベースや周波数ベースの性能要件を確実に満たすように制御システムのパラメーターを最適化できます。また、Robust Control Toolbox と併用すると、H∞ アルゴリズムを使用して自動的に開ループ応答を成形できます。

非線形プラントの異なる操作点のための制御設計 5:27
非線形プラントの異なる操作点のコントローラーを、同時に設計および解析します。

MIMO コントローラーのチューニング

Control System Toolbox では、LQR/LQG や極配置アルゴリズムなど、MIMO 設計のための確立された手法がサポートされています。また、カルマン フィルターなどのオブザーバーを設計するためのツールも提供されています。

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