Control System Toolbox — дополнительный набор функций MATLAB, предназначенный для анализа, синтеза и настройки линейных систем управления. Toolbox позволяет описывать системы в виде передаточных функций, моделей в пространстве состояний, нулей-полюсов-усиления либо частотных моделей, работать с дискретными и непрерывными системами, а также упрощать сложные модели путём редукции порядка. Основное назначение — облегчить построение, исследование и оптимизацию поведения систем управления как в сфере времени, так и частоты.
С помощью средства можно визуализировать переходные характеристики, вычислять частотные отклики, строить диаграммы Боде, Найквиста, корневой локус (root locus), оценивать устойчивость (границы усиления и фазы, частоты среза), время нарастания, время установления, перерегулирование. Кроме того предусмотрены инструменты автоматической и интерактивной настройки регуляторов, в том числе PID-регуляторов, а также методов управления в пространстве состояний: LQR, LQG, полюсное размещение, наблюдатели, планирование усиления (gain scheduling) и мультизадачная оптимизация. Существуют графические интерфейсы и приложения для проектирования, настройки и проверки, которые облегчают работу инженера, но Toolbox не заменяет специализированные пакеты для робастного или нелинейного управления, если требуются такие методы.
- Создание моделей линейных систем — передаточные функции (tf), анализ нулей-полюсов-усиления (zpk), пространства состояний (ss), моделей отклика в частотной области (frd), дискретизация и преобразование моделей, редукция порядка.
- Анализ во временной и частотной областях — шаговый отклик, импульсный, отклик на заданный вход, характеристики переходного процесса (время нарастания, перерегулирование, время установления), частотный анализ: диаграммы Боде, Найквиста, усиление и фазовый запас.
- Классический синтез регуляторов и компенсаторов — root locus, Bode loop shaping, Nichols chart, проектирование SISO-компенсаторов, автоматическая настройка PID-контроллеров, в том числе 2-ступенчатых или с двумя степенями свободы (2-DOF).
- Управление в пространстве состояний и оценка состояния — методы линейно-квадратичного управления (LQR), линейно-квадратично‐гауссово регулирование (LQG), размещение полюсов, наблюдатели и фильтры Калмана.
- Автоматическая и интерактивная настройка с несколькими целями — настройка мультизадачных критериев: слежения за заданным откликом, подавления помех, устойчивости, использование интерактивных приложений (Control System Designer, PID Tuner, Control System Tuner) для SISO и MIMO систем.
- Работа с Simulink и дискретные системы — линearизация моделей Simulink, анализ и синтез управления в среде Simulink, работа с дискретизацией моделей, преобразование непрерывных систем в дискретные, в том числе для цифровых регуляторов.
- Валидация и проверка характеристик — проверка требований по времени отклика: время нарастания, перерегулирование, время установления; проверка устойчивости; анализ чувствительности; оценка устойчивых запасов по усилению и фазе.