Simulink Control Design

Linéariser des modèles et concevoir des systèmes de contrôle

Simulink Control Design™ vous permet de concevoir et d'analyser des systèmes de contrôle modélisés dans Simulink®. Vous pouvez régler automatiquement des architectures de contrôle arbitraires SISO et MIMO, y compris des contrôleurs PID. Le réglage automatique du PID peut-être déployé sur du software embarqué afin de calculer automatiquement et en temps réel les gains PID.

Vous pouvez trouver des points de fonctionnement et calculer les linéarisations exactes des modèles Simulink dans diverses conditions de fonctionnement. Simulink Control Design offre des outils qui vous permettent de calculer les réponses en fréquence basées sur les simulations sans modifier votre modèle.

En savoir plus :

Contrôle PID

Contrôleurs PID automatiquement réglés dans un modèle Simulink

Réglage PID basé sur des modèles

Utilisez l'application PID Tuner pour linéariser automatiquement des modèles Simulink et calculer les gains des blocs PID Controller en un seul clic. Vous pouvez affiner la performance du contrôleur de manière interactive en ajustant la bande passante (vitesse de réponse) ainsi que la marge de phase (robustesse) afin de répondre aux exigences de design.

Estimation de la dynamique du système physique à partir des données de simulation

Pour les modèles Simulink qui ne se linéarisent pas à cause de discontinuités telles que la modulation de largeur d'impulsion (PWM), utilisez l'application PID Tuner pour créer un modèle linéaire à partir des données d'entrée et de sortie de la simulation en utilisant l'identification de système (nécessite System Identification Toolbox™).  Par ailleurs, vous pouvez régler automatiquement les gains du contrôleur PID en fonction de la réponse en fréquence estimée de votre modèle de système physique.

Réglage automatique du PID en temps réel

Utilisez le bloc Closed-Loop PID Autotuner pour régler automatiquement les gains PID en temps réel, en fonction des réponses en fréquence estimées du système physique à partir d'expérimentations sur le hardware. Générez du code en C pour implémenter l'algorithme de réglage sur le software embarqué. Réalisez des expérimentations temps réel sur le hardware du système physique et calculez automatiquement les gains du contrôleur PID sans Simulink dans la boucle (nécessite Simulink Coder™).

Design du compensateur

Réglez les boucles de contrôle SISO directement dans Simulink en utilisant les outils de réglage automatique et graphique

Design interactif

Modélisez une structure de contrôle arbitraire dans votre modèle Simulink en utilisant les blocs Gain, Transfer Function, State-Space, PID controller et d'autres blocs ajustables. Réglez graphiquement des boucles discrètes ou continues à l'aide du tracé du lieu des racines, des diagrammes de Bode et des diagrammes de Black-Nichols. Actualisez votre modèle Simulink avec les gains ajustés et vérifiez votre design avec la simulation.

Design à boucles multiples

Réglez les contrôleurs de façon interactive en utilisant plusieurs boucles SISO et spécifiez les ouvertures de boucle sans modifier votre modèle Simulink. Pour optimiser les performances générales, vous pouvez visualiser l'interaction des boucles ainsi que les effets de couplage lors du réglage des paramètres.

Design de Bode pour les contrôleurs à plusieurs boucles

Réglage automatisé

Réglez automatiquement les contrôleurs décentralisés modélisés dans Simulink pour répondre aux exigences du design.

Boucles SISO et MIMO

Réglez automatiquement des structures de contrôle arbitraires SISO et MIMO avec l'application Control System Tuner ou avec des fonctions en ligne de commande. Vous pouvez régler des architectures de contrôle décentralisées avec des éléments ajustables simples tels que les gains, les contrôleurs PID ou bien des filtres d'ordre faible. Vous pouvez également régler plusieurs boucles simultanément dans un système de contrôle à plusieurs boucles dans Simulink.

Objectifs dans les domaines temporels et fréquentiels

Spécifiez et visualisez les exigences de réglage tels que les objectifs de suivi de la référence et de sensibilité, le rejet des perturbations, le lieu des pôles en boucle fermée et les marges de stabilité. Réglez automatiquement les paramètres du contrôleur afin de répondre à ces exigences obligatoires (contraintes de design) et pour répondre au mieux aux autres exigences (objectifs).

Réglages vis-à-vis d'un ensemble de modèles physiques

Linéarisez des modèles Simulink à travers de nombreux points de fonctionnement, plusieurs variantes de paramètres et plusieurs conditions de défaillance pour créer un ensemble de modèles physiques linéaires. Réglez ensuite le système de contrôle afin de répondre aux objectifs de performance pour tous ces modèles physiques.

Création de modèles de physiques linéaires avec des variations paramétriques

Linéarisation

Calculez l'approximation linéaire d'un modèle Simulink non linéaire

Analyse linéaire

Linéarisez des modèles Simulink continus, discrets et à fréquences d'échantillonnage multiples. Utilisez l'outil d'analyse linéaire ou bien les fonctions en ligne de commande pour spécifier l'ouverture des boucles ainsi que les entrées et les sorties de la linéarisation. Vous pouvez linéariser l'intégralité du modèle, une partie du modèle ou bien un seul bloc ou sous-système. Visualisez les résultats avec un graphique de réponse à un échelon ou un diagramme de Bode et calculez les réponses en boucle ouverte et en boucle fermée.

Linéarisation à travers les points de fonctionnement et les variations paramétriques

Réalisez l'extraction et analysez de multiples linéarisations pour un modèle, faites varier la valeur des paramètres, les points de fonctionnement, les ensembles d'entrées et de sorties et implémentez les modèles LPV (Linear Parameter Varying).

Linearization Advisor

Identifiez et réglez les problèmes courants de linéarisation à l'aide du Linearization Advisor. Vous pouvez trouver des blocs dans le chemin de linéarisation et isoler ceux qui ont un comportement spécifique tel que la linéarisation à zéro.

Identification des problèmes de linéarisation avec Linearization Adviser

Estimation de la réponse en fréquence

Estimez et examinez les caractéristiques fréquentielles des modèles Simulink ou des modèles physiques

Estimation hors ligne de la réponse en fréquence

Utilisez l'outil d'analyse linéaire ou les fonctions en ligne de commande pour estimer la réponse en fréquence d'un système modélisé dans Simulink sans modifier le modèle. Vous pouvez :

  • Construire les signaux d'excitation tels que des sinusoïdes balayées en fréquence ou des chirps.
  • Exécuter les simulations, collecter les données puis calculer et tracer la réponse en fréquence du modèle.
  • Examiner les caractéristiques dans le domaine fréquentiel et valider la linéarisation du modèle Simulink.

Estimation de la réponse en fréquence en ligne

Mesurez la réponse en fréquence de votre système en fonctionnement. Vous pouvez déployer un algorithme d'estimation embarqué en tant qu'application autonome pour l'estimation temps réel d'un modèle physique.

Bloc Frequency Response Estimator

Modèles paramétriques

Calculez des modèles paramétriques linéaires en utilisant System Identification Toolbox avec la réponse en fréquence calculée d'un modèle Simulink.

Créer des modèles paramétriques à partir de la réponse en fréquence  d'un modèle Simulink

Contrôle basé sur l'apprentissage

Implémentez des techniques de contrôle basées sur les données et l'apprentissage

Contrôle par recherche d'extremum

Adaptez automatiquement les paramètres du système de contrôle pour maximiser une fonction objectif en utilisant l'optimisation temps réel sans modèle avec le bloc Extremum Seeking Controller. Utilisez le contrôle par recherche d'extremum (ESC) pour la régulation adaptative de la vitesse, le maximum power point tracker (MPPT) pour les panneaux solaires, le système anti-blocage des roues (ABS) et d'autres applications.

Contrôle par recherche de l'extremum pour le système de freinage anti-blocage des roues (ABS)

Application de contraintes

Modifiez des actions de contrôle pour répondre à des contraintes et à des limites d'action grâce au bloc Constraint Enforcement. Appliquez des contraintes à des systèmes de contrôle implémentés avec le contrôle prédictif, le Reinforcement Learning et le contrôle PID pour la conduite autonome, la robotique et d'autres applications.

Application de contraintes pour les contrôleurs PID

Séquencement de gain

Réglez automatiquement des contrôleurs à gains séquencés pour des modèles physiques non linéaires ou non stationnaires

Réglage de la surface de gain

Modélisez des systèmes de contrôle de type « séquencement de gain » grâce aux blocs Simulink tels que Varying PID Controller, Varying Transfer Function, Varying Notch Filter et Varying Lowpass Filter. Réglez automatiquement les coefficients des surfaces de gain pour satisfaire les exigences de performance dans le domaine de fonctionnement du système, tout en assurant des transitions souples entre les points de fonctionnement. Vous pouvez spécifier des exigences qui varient en fonction des conditions de fonctionnement et valider les résultats du réglage sur la plage de fonctionnement complète du système.

Estimation des surfaces de gain pour le réglage

Points de fonctionnement

Trouvez les points de fonctionnement du modèle grâce aux spécifications ou aux temps de simulation et initialisez le modèle au point de fonctionnement

Analyse des états stationnaires

Calculez les points de fonctionnement à partir de spécifications définies par l'utilisateur. Vous pouvez définir des contraintes personnalisées et des objectifs pour la caractérisation de points de fonctionnement. Vous pouvez également réaliser des instantanés (snapshots) des points de fonctionnement à des moments ou lors d'événements spécifiques pendant une simulation.

Estimation des surfaces de gain pour le réglage

Gestionnaire des états stationnaires

Utilisez l'application Steady State Manager pour calculer des points de fonctionnement de manière interactive à partir de spécifications d'état, d'entrée et de sortie. Validez les points de fonctionnement par rapport aux spécifications et obtenez de manière interactive des points de fonctionnement à partir d'instantanés de simulation.

Initialisation du modèle

Initialisez le modèle avec des points de fonctionnement calculés pour démarrer une simulation à partir d'une condition d'état stationnaire ou d'un instantané de simulation. Vous pouvez démarrer la simulation au début du scénario qui doit être testé.

Initialiser le modèle au point de fonctionnement