Control System Toolbox

Diseñe y analice sistemas de control

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Control System Toolbox proporciona algoritmos y apps para analizar, diseñar y ajustar sistemas de control lineales de forma metódica. Puede especificar su sistema como una función de transferencia, como un sistema de espacio de estados, ceros, polos y ganancia o modelo de respuesta en frecuencia. Las apps y las funciones, tales como los diagramas de respuesta escalón y los diagramas de Bode, permiten analizar y visualizar el comportamiento del sistema en los dominios del tiempo y la frecuencia.

Los parámetros del compensador se pueden ajustar mediante técnicas interactivas tales como loop shaping y el método del lugar geométrico de las raíces. Esta toolbox ajusta automáticamente compensadores SISO y MIMO, incluidos los controladores PID. Los compensadores pueden incluir varios bloques ajustables que abarquen diversos bucles de realimentación. Es posible ajustar controladores de ganancia programada y especificar varios objetivos de ajuste, tales como seguimiento de referencias, anulación de perturbaciones y márgenes de estabilidad. Es posible validar los diseños mediante requisitos como la verificación del tiempo de subida, el sobreimpulso, el tiempo de establecimiento, los márgenes de ganancia y fase, etc.

Más información:

Modelos lineales
Análisis lineal
Control PID
Diseño de compensadores
Ajuste automático
Planificación de ganancia
Estimación de estados y diseño LQG
Diseño de sistemas de control en Simulink

¿Qué es Control System Toolbox?

Modelos lineales

Cree modelos lineales de su sistema de control mediante una función de transferencia, un espacio de estados y otras representaciones. Discretice modelos. Simplifique modelos reduciendo su orden.

Modelos de funciones de transferencia y espacio de estados

Cree modelos de sistemas lineales invariantes en el tiempo mediante representaciones de funciones de transferencia o espacio de estados. Manipule los controladores PID y los datos de la respuesta en frecuencia. Modele sistemas que sean SISO o MIMO, y continuos o discretos. Cree diagramas de bloques complejos conectando modelos básicos en serie, en paralelo o con realimentación.

Funciones de transferencia en MATLAB (4:15)

Modelado de sistemas de control con objetos de modelo

Conexión de modelos

Creación de modelos de tiempo discreto

Modelos de espacio de estados, parte 1: creación y análisis

Discretización de modelos

Utilice funciones de línea de comandos o tareas interactivas de Live Editor para remuestrear modelos de sistemas dinámicos y convertir modelos entre dominios de tiempo continuo y de tiempo discreto. Utilice el retenedor de orden cero, la transformada bilineal (Tustin), la igualación de ceros y polos y otros métodos de conversión de tasa.

Discretización y remuestreo de modelos

Discretice un compensador

Discretización de un filtro notch

Conversión de un sistema de tiempo discreto a tiempo continuo

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Reducción de modelos

Utilice la app Model Reducer, tareas de Live Editor o funciones de línea de comandos para reducir el orden de los modelos de plantas o controladores al tiempo que conserva las dinámicas importantes para su aplicación. Utilice las técnicas de truncamiento equilibrado, simplificación de polos y ceros o selección de modo.

Reduzca el orden de los modelos mediante la app Model Reducer

Reducción de modelos mediante truncamiento equilibrado

Simplificación de polos y ceros

Reducción de modelos mediante selección de modo

Reducción del orden de los modelos con la app Model Reducer

Análisis lineal

Visualice el comportamiento del sistema en los dominios del tiempo y la frecuencia. Calcule características del sistema tales como el tiempo de subida, el sobreimpulso y el tiempo de establecimiento. Analice la estabilidad del sistema.

Análisis de los dominios del tiempo y la frecuencia

Utilice la app Linear System Analyzer para ver y comparar las respuestas del tiempo y la frecuencia en varios modelos mediante diagramas de respuesta escalón, respuesta de impulso, Bode, Nichols, Nyquist, valores singulares y polos y ceros. Examine características tales como el tiempo de subida, el tiempo de establecimiento y el sobreimpulso máximo.

Análisis conjunto del dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia

Características del dominio del tiempo en los diagramas de respuesta

Características del dominio de la frecuencia en los diagramas de respuesta

Valores numéricos de características del sistema en el dominio del tiempo

Funciones de transferencia en MATLAB

Análisis de estabilidad

Calcule el margen de ganancia, el margen de fase y las frecuencias de cruce. Examine las ubicaciones de los polos y los ceros de los sistemas dinámicos de manera gráfica y numérica. Calcule la tasa de amortiguamiento, la frecuencia natural y la constante de tiempo de los polos de un modelo lineal.

Evaluación de los márgenes de ganancia y fase

Ubicaciones de los polos y los ceros

Valores numéricos de características del dominio de la frecuencia de un modelo SISO

Análisis de sistemas de control con retardos

Cálculo de los márgenes de ganancia, los márgenes de fase y las frecuencias de cruce.

Pasividad y límites de sectores

Calcule diversas mediciones de la pasividad para sistemas lineales invariantes en el tiempo. Analice la pasividad y los límites arbitrarios de sectores cónicos de los sistemas.

Índices de pasividad

Acerca de los límites de sectores y los índices de sectores

Estabilidad absoluta para un sistema cuantificado

Control de la vibración en una viga flexible

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Control PID

Ajuste las ganancias de los controladores PID mediante herramientas de ajuste automáticas e interactivas.

Ajuste de PID

Utilice la app PID Tuner, tareas de Live Editor o funciones de línea de comandos para ajustar automáticamente las ganancias de los controladores PID y buscar un equilibrio entre rendimiento y robustez. Especifique los parámetros de ajuste, tales como el tiempo de respuesta deseado y el margen de fase. Ajuste controladores PID continuos o discretos.

Diseño de un controlador PID para acelerar el seguimiento de referencias

Ajuste de un controlador PID para favorecer el seguimiento de referencias o la anulación de perturbaciones (PID Tuner)

Diseño de un sistema de control en cascada con controladores PID

Control de procesos con tiempo muerto prolongado El predictor de Smith

Diseño de controladores PID con Control System Toolbox

Estimación interactiva de dinámica de plantas

Cree un modelo de planta a partir de los datos de entrada-salida medidos directamente en la app PID Tuner mediante System Identification Toolbox. Si lo prefiere, utilice Live Editor para identificar la dinámica de la planta y ajustar un controlador PID.

Diseño interactivo de sistemas de control con tareas de Live Editor (4:56)

Estimación interactiva de parámetros de planta a partir de los datos de respuesta

Ajuste del controlador PID a partir de datos medidos de planta con Tareas de Live Editor

Diseño de un controlador PID mediante datos de E/S simulados

Ajuste de un controlador PID a partir de datos de E/S medidos

Control PID de tipo 2-DOF

Ajuste controladores PID de dos grados de libertad (2-DOF). Utilice un controlador PID de tipo 2-DOF en lugar de un controlador PID de tipo 1-DOF para conseguir una mejor anulación de perturbaciones sin un incremento significativo del sobreimpulso en el seguimiento de puntos de referencia.

Ajuste de un controlador PID de tipo 2-DOF (PID Tuner)

Ajuste de un controlador PID de tipo 2-DOF (línea de comandos)

Tipos de controladores PID para el ajuste

Control PI multibucle de un brazo robótico

Ajuste de un controlador PID de tipo 2-DOF (línea continua) y comparación con un controlador PID de tipo 1-DOF (línea discontinua) en la app PID Tuner.

Diseño de compensadores

Diseñe y analice sistemas de control de manera interactiva.

Diseño interactivo con lugar geométrico de las raíces y diagramas de Bode

Utilice la app Control System Designer para diseñar y analizar de manera interactiva sistemas de control SISO. Ajuste de manera gráfica componentes de control comunes, tales como PID, redes de adelanto/atraso y filtros notch mediante el lugar geométrico de las raíces, diagramas de Bode y diagramas de Nichols.

Introducción a Control System Designer

Diseño mediante diagramas de Bode

Diseño mediante el lugar geométrico de las raíces

Diseño mediante diagramas de Nichols

Diseño de sistemas de control con la app Control System Designer

Supervisión de respuestas de bucle cerrado

Visualice respuestas de bucle cerrado y abierto con diagramas de respuesta escalón, de Nyquist y otras representaciones que se actualizan de manera dinámica conforme ajusta su controlador. Especifique y evalúe requisitos de diseño de los dominios del tiempo y la frecuencia tales como el tiempo de subida, el sobreimpulso máximo, el margen de ganancia y el margen de fase.

Analice diseños mediante diagramas de respuesta

Diseño de un controlador de modelo interno para una planta de reactores químicos

Diseño de un compensador para un conjunto de modelos de planta

Control de plantas no lineales en distintos puntos operativos

Diseño multibucle

Ajuste controladores que constan de varios bucles SISO. Cierre los bucles SISO de manera secuencial, visualice las interacciones entre los bucles y ajuste de manera iterativa cada bucle para optimizar el rendimiento general.

Diseño de un sistema de control multibucle

Diseño de realimentación multibucle en cascada

Especificación de la arquitectura de un sistema de control multibucle en la app Control System Designer

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Ajuste automático

Ajuste automáticamente los sistemas de control para que cumplan con requisitos de diseño de alto nivel.

Bucles SISO y MIMO

Utilice la app Control System Tuner o las funciones de la línea de comandos para modelar y ajustar arquitecturas de sistemas de control SISO o MIMO con elementos simples ajustables tales como ganancias, controladores PID o filtros de orden bajo. Ajuste de manera conjunta varios bucles de un sistema de control multibucle.

Ajuste de un sistema de control mediante Control System Tuner

Control digital de la tensión de la fase de potencia

Ajuste de sistemas de control multibucle

Control de un péndulo invertido en un carro

Ajuste automático del sistema de control de vuelo de un helicóptero

Objetivos de los dominios del tiempo y la frecuencia

Especifique y visualice requisitos de ajuste tales como rendimiento del seguimiento, anulación de perturbaciones, amplificación de ruido, ubicaciones de polos de bucle cerrado y márgenes de estabilidad. Ajuste automáticamente los parámetros de los controladores para satisfacer los requisitos imprescindibles (limitaciones de diseño) y cumplir de la mejor manera posible con los requisitos restantes (objetivos).

Control multibucle de un helicóptero

Control MIMO de un motor diésel

Piloto automático de estructura fija para un avión de pasajeros

Optimización de un sistema LTI para cumplir con los requisitos del dominio de la frecuencia

Ajuste automático del controlador de una columna de destilación multivariable

Ajuste respecto a un conjunto de modelos de planta

Diseñe un controlador que sea robusto ante los cambios en la dinámica de una planta debidos a las variaciones de los parámetros y de las condiciones de funcionamiento, así como a fallos de sensores y actuadores.

Ajuste para varios valores de parámetros de planta

Control tolerante a fallos de un avión de pasajeros

Diseño de un compensador para un conjunto de modelos de planta

Diseño de sistemas de control multimodelo

Diseño de un controlador robusto ante las variaciones de los parámetros de la planta.

Planificación de ganancia

Diseñe y ajuste controladores con planificación de ganancia para plantas no lineales o variables en el tiempo.

Controladores con planificación de ganancia en Simulink

Modele sistemas de control con planificación de ganancia en Simulink mediante bloques tales como Varying PID Controller, Varying Transfer Function, Varying Notch Filter y Varying Lowpass Filter.

Modelado de sistemas de control con planificación de ganancia en Simulink

Implementación de controladores PID con planificación de ganancia

Control con planificación de ganancia de un reactor químico

Control de velocidad angular en el piloto automático del HL-20

Librería para modelar controladores con planificación de ganancia en Simulink.

Ajuste de la superficie de ganancia

Ajuste automáticamente los coeficientes de la superficie de ganancia para cumplir con los requisitos de rendimiento en toda la envolvente operativa del sistema y conseguir transiciones suaves entre los puntos operativos. Especifique los requisitos que varían con las condiciones operativas. Valide los resultados del ajuste en todo el rango operativo de su diseño.

Diseño de una familia de controladores PID para varios puntos operativos

Ajuste de un piloto automático de tres bucles con planificación de ganancia

Flujo de trabajo de MATLAB para ajustar el piloto automático del HL-20

Modificación de los requisitos conforme a las condiciones operativas

Programación de ganancia de controladores PID

Estimación de estados y diseño LQG

Utilice métodos de diseño de control con espacio de estados, tales como algoritmos de ubicación de polos y LQG/LQR. Diseñe observadores, incluidos filtros de Kalman lineales y no lineales.

LQR/LQG y ubicación de polos

Diseñe reguladores lineales cuadráticos (LQR) y controladores lineales cuadráticos gaussianos (LQG) continuos y discretos. Calcule las matrices de ganancia de realimentación para colocar los polos de bucle cerrado en las ubicaciones deseadas.

Espacio de estados, parte 4: ¿qué es el control LQR? (17:23)

Control de motores de CC

Control de grosor para una viga de acero

Espacio de estados, parte 2: ubicación de polos (14:54)

Modelos de espacio de estados, parte 2: diseño de sistemas de control

Filtros de Kalman

Diseñe y simule filtros de Kalman lineales estacionarios y variables en el tiempo. Genere código C/C++ para estos filtros mediante MATLAB Coder y Simulink Coder.

Diseño de filtros de Kalman

Estimación de estados mediante un filtro de Kalman variable en el tiempo

Explicación de los filtros de Kalman, parte 6: cómo utilizar un filtro de Kalman en Simulink

Estimadores de estados no lineales

Realice estimaciones de los estados de sistemas no lineales mediante filtros de Kalman extendidos, filtros de Kalman "unscented" o filtros de partículas en MATLAB y Simulink. Genere código C/C++ para estos filtros mediante MATLAB Coder y Simulink Coder.

Estimación de estados no lineal mediante un filtro de Kalman "unscented" y un filtro de partículas

Estimación de los estados de un sistema no lineal con varios sensores multitasa

Estimación de parámetros y estados en Simulink mediante el bloque Particle Filter

Explicación de los filtros de Kalman, parte 7: cómo utilizar un filtro de Kalman extendido en Simulink

Diseño de sistemas de control en Simulink

Analice y ajuste sistemas de control modelados en Simulink.

Análisis lineal

Utilice la herramienta Linear Analysis Tool de Simulink Control Design para linealizar modelos de Simulink. Calcule las respuestas del tiempo y la frecuencia de los modelos linealizados mediante diagramas de respuesta escalón, respuesta de impulso, Bode, Nichols, Nyquist, valores singulares y polos y ceros.

Linealización de un modelo de Simulink en el punto operativo del modelo

Perfilado y linealización del fuselaje de una aeronave

Linealización de un sistema neumático en instantáneas de simulación

Linealización por lotes de un modelo para variaciones de valores de parámetros mediante Linear Analysis Tool

Búsqueda de puntos de equilibrio y linealización en el modo por lotes

Diseño de compensadores

Ajuste de manera gráfica bucles de realimentación SISO modelados en Simulink mediante Simulink Control Design. Diseñe controladores mediante editores gráficos interactivos de Bode, lugar geométrico de las raíces y Nichols para agregar, modificar y eliminar polos, ceros y ganancias de los controladores.

Seguimiento de referencias de un motor de CC con variaciones de parámetros

Diseño de compensadores de realimentación de bucle único/prefiltro

Diseño de un compensador mediante el ajuste automático de PID y el diseño gráfico de Bode

Ajuste, linealización y diseño de sistemas de control de aeronaves

Ajuste de compensadores

Ajuste automáticamente las ganancias de los controladores PID modelados en Simulink. Utilice la app Control System Tuner o las herramientas de línea de comandos de Simulink Control Design para ajustar automáticamente las ganancias y la dinámica de los elementos de control distribuidos en cualquier número de bucles de realimentación en Simulink.

Seguimiento de referencias de un motor de CC con variaciones de parámetros (3:53)

Ajuste de controladores PID en Simulink

Ajuste de controladores vectoriales mediante SYSTUNE

Ajuste de sistemas de control multibucle