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主な機能■ SimulinkライブラリからPID Controllerブロックの自動チュー

ニングが可能

■ 直接探索による動作点の算出（トリミング）およびSimulinkモデルの線形化が可能

■ Simulinkモデルの周波数応答のシミュレーションによる計算が可能

■ Simulink環境で任意の制御システムをグラフィカルに自動 チューニング可能

■ 時間および周波数ベースの制約を満たす補償器を数値的に最適化が可能（オプション製品のSimulink Design Optimization™必須）

■ 線形化を自動化するスクリプトの開発や線形化のバッチ実行のためのコマンドラインインタフェースを提供

Simulink Control Designにより、Simulink® でモデル化された制御システムの設計と解析が可能になります。パフォーマンス要件に合わせて、PIDコントローラーの各種ゲインを自動的に調整することができます。また、Simulink Control Designにより、動作点を直接的に探索し、幅広い操作条件でSimulinkモデルの線形化を厳密に計算することが可能です。また、Simulink Control Designは、モデルを変更することなく、シミュレーションに基づいて周波数応答を計算するツールを提供します。専用グラフィカルユーザーインタフェース（GUI）環境から、カスケード、プレフィルター、レギュレーション、およびマルチループアーキテクチャなど、Simulinkでモデル化された任意の制御構造の設計および解析を行うことができます。

PIDコントローラーのチューニングSimulink Control Designは、SimulinkのPID Controllerブロックの各種ゲインの自動チューニング機能を提供します。最初のPIDコントローラーの各種ゲインの自動チューニング作業は、クリック1回の操作で完了します。Simulink Control Designは、要求される閉ループのパフォーマンスに基づいて、PIDゲインを計算する独自のチューニング手法を採用しています。最初にコントローラーを設計するとき、ユーザーが対象とするシステムのダイナミクスの解析に基づいて設計されることが推奨されます。その際に、設計中の制御システムの応答時間をコントローラーのパラメーター調整を行う専用GUIから対話的に調整することができます。詳細オプションで必要な帯域幅と位相余裕を指定して、PIDコントローラーをチューニングすることが可能です。また、専用GUI環境には、の挙動の解析に使用する複数のプロット機能が用意されています。たとえば、ステップ応答、開ループのボード線図を表示するプロット機能を使用して、現在の設計後のコントローラーと、初期の設計前のコントローラーとのパフォーマンスを比較することができます。 Simulink Control Designによる制御システムの設計および解析。Simulinkでモデル化された制御

システム（上）、PID Tuner GUI（左）、および開ループ伝達関数のボード線図（右）。

Simulink Control Design 3PIDゲインの計算、モデルの線形化、制御システムの設計

© 2009 The MathWorks, Inc. MATLAB and Simulink are registered trademarks of The MathWorks, Inc.See www.mathworks.com/trademarks for a list of additional trademarks. Other product or brand names may be trademarks or registered trademarks of their respective holders.

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Simulinkモデルのトリミングおよび線形化モデルのトリミング線形制御理論に基づく制御系設計では、動作点に伴い動特性が変化する非線形モデルに対する制御器を設計する場合、多くの場合、複数の動作点近傍での線形モデルを考慮することが必要とされます。Simulink Control Designでは、Simulinkモデルの動作点を決定するための専用GUI環境を提供します。

・ 必要な入力条件、状態などを指定することで、数値最適化を使用してモデルの動作点を計算。

・ シミュレーション中に指定の時間あるいはイベントにおいて、モデルの動作点のスナップショットを取得。

これらの方法で求まった動作点は、定常状態でのシミュレーションを初期化したり、モデルの線形化および制御系設計のベースとして使用することができます。

モデルの線形化Simulink Control Designを用いて、連続、離散、およびマルチレートなSimulinkモデルを線形化することができます。グラフィカルな信号注釈マークをSimulinkモデルの信号線に設定することで、開ループの指定、および線形化するモデルの入出力点を指定することができ、モデル全体、モデルの一部分、または1つのブロック単位1つのサブシステム単位のモデルを線形化することが可能です。信号注釈マークは、開ループ解析および閉ループ解析で使用することができます。信号注釈マークの設定とこれらの各種解析は、Simulinkモデルを変更せずに専用GUI環境ベースで行えるため、元のSimulinkモデル自体のシミュレーションの挙動に影響を与えません。

Simulink Control Designは、自動的に線 形化モデルを算出し、ステップ応答またはボード線図に結果を表示させます。また、専用GUI環境の中の一つの機能であるLinearization Inspectorにより、線形化の 対象となるSimulinkモデル内において、各ブロック単位で線形化された数式が表示できるので、線形化モデルの導出に与える影響を詳細に検証することができます。　　　

Simulink Control Designを使用して、PID Controllerブロック（赤、上）の各種ゲインを自動的にチューニングすることができます。PID Controllerブロックのブロックパラメータ（左）を開き、［Tune］ボタンを押して、PIDコントローラーの各種ゲインを自動計算します。PID Tuner GUI（右）が開き、自動チューニングされた設計結果が表示されます。

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Simulink Control Designによるモデルの線形化。モデルを特定のシミュレーション時間または操作条件でトリミングし（左上）、算出された動作点のいずれかで線形化を行い （右上）、LTI Viewerで線形化の結果を調べ（右下）、専用GUI環境からMATLABコードを自動生成することができます（左下）。

これらの機能により、モデル内の任意数のブロックの線形化モデルを取得し、制御系の応答結果を微調整することが可能です。線形化モデルは、状態空間表現の係数行列

（A,B,C,D）や伝達関数などのLTIモデルとして取得でき、また、Stateflow®チャートやパルス幅変調信号ベースのシステムなど、不連続性またはイベントベースのコンポーネントを含むSimulinkモデルの線形化を行う際にも柔軟性な方法（周波数応答の計算）があります。

Robust Control Toolbox™とともに使用すると、モデル中の伝達関数およびゲイン の不確かな値を直接指定することにより、 不確かさを含む線形モデルを算出することができます。算出された不確かさを含む線形モデルを使用して、制御システムの安定性およびパフォーマンスに対して、不確かさが与える影響を検討することが可能です。

これらツールにはすべて、トリミングおよび線形化のバッチ処理を行うスクリプトを記述するためのコマンドラインAPIが含まれています。スクリプトは自分で記述することも可能で、専用GUI環境からMATLAB®コードを自動生成することも可能です。

モデルの周波数応答の計算Simulink Control Designは、モデルの周波数応答をシミュレーションに基づいて計算するための専用ツールを提供します。この専用ツールは以下の用途に使用することができます。

・ 線形化の結果の検証

・ 線形化手法が適切でない、強い不連続性やイベントベースのダイナミクスによって記述されたモデルなどの周波数応答の計算

・ 励起信号の振幅が非線形システムのゲインおよび位相特性に与える影響の検討

Simulink Control Designにより、サインスイープやチャープ信号などの励起信号の生成、シミュレーションの実行、データの収集、モデルの周波数応答の計算およびプロットを行うことができます。周波数応答の計算に使用されるアルゴリズムは、シミュレーション時間を最小限に抑え、Simulinkのアクセラレータモードとラピッドアクセラレータモードを使用して計算速度を高めるように設計されています。

Simulink環境上で制御システムを設計、解析Simulink Control Designは、Control System Toolbox™のグラフィカルで自動 化されたチューニング機能を使用して、Simulink環 境 上で制 御ル ープを直 接チューニングするための専用GUI環境を提供します。線形化が可能なSimulinkで作成したモデルであれば、任意の制御構造のモデルを取り扱うことができます。チューニング可能なSimulinkブロックには、ゲイン、分子・分母多項式型の伝達関数表現、零点・極・ゲイン型の伝達関数表現、状態空間表現、およびPID Controllerの各種ブロックが含まれます。Simulink Control Designは、チューニングされるブロックに対して自動的に該当する制御ループを識別し、単入力/単出力（SISO）の制御系設計ツールの専用GUI環境であるSISO Design Toolにより、所定の制御系設計を行うために必要な各種セッションを、ウィザード形式で進めて行くことができます。

・ 複数のSISOループ、あるいは連続、離散のSISOループをグラフィカルにチューニング

・ パラメーターをチューニング中に、ループの相互作用やループ結合の効果を観察

・ 独自のRobust Response TimeのPIDチューニングや、Ziegler-NicholsのPIDチューニング、IMC設計、LQG設計など、システマティックな設計アルゴリズムを使用することで、補償器のパラメーターの設計値を計算

・ 時間および周波数領域の設計要件を満たすように制御ループを最適化（オプショ ン製品のSimulink Design Optimizationが必要）

・ PIDゲイン、零点・極・ゲイン型の伝達関数表現、およびマスク化されたブロックを含むSimulinkのブロックのパラメーターのチューニングが専用GUI環境から直接可能

・ 指令値追従性や外乱除去など、制御システムの性能を評価するため、モデルの任意の部分の閉ループ応答の確認

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モデルの周波数応答の計算。Simulink Control Designは、モデル（左）の周波数応答（右）をシミュレー ションにより計算するための関数（上）を提供します。

専用GUI環境で、線形化モデルを対象にチューニングされたコントローラーのパラメーターの値をSimulinkで作成した非線形モデルに上書きして反映し、完全な非線形システムにより制御システムの応答を検証

動作環境Simulink Control Designには、以下の製品が必要です。

・ MATLAB・ Simulink・ Control System Toolbox

動作環境の詳細につきましては、　 　 　 www.mathworks.co.jp をご覧ください。

関連製品・Model Predictive Control Toolbox　 MATLAB/Simulinkによるモデル予測コ

ントローラーの設計

・Optimization Toolbox　 標準最適化問題、大規模問題の最適化

・Robust Control Toolbox　 不確かなパラメーターおよびモデリング

されていないダイナミクスを持つプラントのロバストコントローラの設計

・Simscape　 マルチドメイン物理システムのモデリング

およびシミュレーション

・Simulink Design Optimization　 Simulinkモデルパラメータの推定と最

適化

・System Identification Toolbox　 入出力測定値からの線形/非線形動的

モデルの構築

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マルチループ制御システムを最適化することで、周波数領域の要件（左）および時間領域の要件（右）を同時に達成。専用GUI環境（上）から最適化するコントローラーの パラメーターを指定。