Introducción a Control System Designer

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Este ejemplo muestra cómo ajustar compensadores para un sistema de control por feedback con Control System Designer.

Con Control System Designer puede:

1) Definir requisitos de diseño de control en gráficas de respuesta en el tiempo, frecuencia y de polos y ceros.

2) Ajustar compensadores utilizando:

Métodos de diseño automatizados, como ajuste PID, IMC y LQG.
Ajustar de manera gráfica polos y ceros en gráficas de diseño, como Bode y lugar de las raíces.
Diseño de control basado en la optimización para cumplir requisitos en los dominios del tiempo y de la frecuencia utilizando Simulink® Design Optimization™.

3) Visualizar respuestas de lazo cerrado y lazo abierto que se actualizan de manera dinámica para mostrar el rendimiento del sistema de control.

Problema de diseño de compensadores

Para este ejemplo, diseñe un compensador para el sistema

$G (s) = \frac{1}{s + 1}$

con los siguientes requisitos de diseño:

Error de estado estacionario cero con respecto a una entrada de escalón.
Tiempo de subida del 80% inferior a 1 segundo.
Tiempo de establecimiento inferior a 2 segundos.
Sobreimpulso máximo inferior al 20%.
Frecuencia de cruce de lazo abierto inferior a 5 rad/s.

Abrir Control System Designer

Utilice la estructura de feedback estándar con el controlador en trayectoria directa. Esta es la arquitectura predeterminada de Control System Designer.

Abra Control System Designer con la planta especificada.

controlSystemDesigner(tf(1,[1,1]))

En la pestaña Control System, puede seleccionar un método de ajuste de compensador y crear gráficas de respuesta para analizar el rendimiento del controlador. También puede almacenar, comparar y exportar distintos diseños de sistema de control.

Para este ejemplo, ajuste de manera gráfica el compensador utilizando el editor de lugar de las raíces y el editor de Bode de lazo abierto, y valide el diseño utilizando la respuesta al escalón en lazo cerrado. De forma predeterminada, Control System Designer muestra estas respuestas cuando se abre. Para añadir gráficas de respuesta adicionales, haga clic en New Plot.

Añadir requisitos de diseño

Añada los requisitos de diseño de el dominio del tiempo a la gráfica de respuesta al escalón. Haga clic con el botón secundario en el área de la gráfica y seleccione Design Requirements > New. En la lista desplegable Design requirement type, seleccione Step response bound. Introduzca los requisitos de diseño en el dominio del tiempo.

Haga clic en OK. La app añade el requisito de diseño a la gráfica de respuesta al escalón como región de exclusión sombreada. Para cumplir el requisito, la respuesta al escalón debe permanecer fuera de esta región.

Para especificar el requisito de cruce en el dominio de la frecuencia, haga clic con el botón secundario en el área de la gráfica del editor de Bode y seleccione Design Requirements > New. En la lista desplegable Design requirement type, seleccione Upper gain limit y especifique el requisito de diseño.

Haga clic en OK.

Ajustar el compensador

Para cumplir el requisito de diseño de error de estado estacionario cero, añada un integrador al compensador. Haga clic con el botón secundario en el área de la gráfica del editor del lugar de las raíces y seleccione Add Pole or Zero > Integrator.

Para darle un formato conveniente para la gráfica del lugar de las raíces, añada un cero real cerca de -2. Haga clic con el botón secundario en el área de la gráfica del lugar de las raíces y seleccione Add Pole or Zero > Real Zero. En la gráfica del lugar de las raíces, haga clic con el botón principal en el eje real cerca de -2.

Para crear una respuesta más rápida aumentando la ganancia del compensador, en el editor de Bode, arrastre la respuesta de la magnitud hacia arriba. Para satisfacer el requisito de frecuencia de cruce, mantenga la respuesta por debajo de la región de exclusión en el editor de Bode.

Para ver el compensador, haga clic con el botón secundario en el área de la gráfica del editor de Bode o del editor del lugar de las raíces y seleccione Edit Compensator.

También puede ajustar los parámetros del compensador utilizando el cuadro de diálogo Compensator Editor.

Ajuste automatizado de compensadores

Además de los ajustes gráficos, también puede utilizar métodos de ajuste automatizado. Para seleccionar un método de ajuste automatizado, haga clic en Tuning Methods.

Ajuste PID, ajuste IMC y síntesis LQG: calcule los parámetros iniciales del compensador en función de las especificaciones de ajuste, como las constantes de tiempo de lazo cerrado. Para ver un ejemplo, consulte Design LQG Tracker Using Control System Designer.
Ajuste basado en optimización: optimice los compensadores utilizando requisitos de diseño en los dominios del tiempo y de la frecuencia (requiere Simulink Design Optimization). Para ver un ejemplo, consulte DC Motor Controller Tuning (Simulink Design Optimization).
Loop shaping: especifique una forma de lazo objetivo deseada (requiere Robust Control Toolbox™).

Consulte también

Control System Designer