工厂模式

植物包含两种质量,M1和平方米连接两个弹簧。弹簧与弹簧常数k1把质量M1向右,弹簧与弹簧常数k2把质量平方米到左边。被操纵的变量是一个力牵引质量M1到左边,显示为下图红色箭头。

大众自由移动,直到他们相撞。非弹性碰撞,和群众团结在一起直到作用力的改变分离他们。因此,有两种操作条件与不同的动力学系统。

控制目标是使的位置M1跟踪参考信号,显示为蓝色三角形在前面的形象。唯一的位置M1和一个接触传感器可用于反馈。

定义模型参数。

M1 = 1;%的质量M2 = 5;k1 = 1;%弹簧常数k2 = 0.1;b1 = 0.3;%的摩擦系数b2 = 0.8;yeq1 = 10;%墙山的位置yeq2 = -10;

创建一个当群众不接触状态空间模型;当质量M1自由移动。

A1 = [0 1;k1 / M1 b1 / M1);B1 = [0 0;1 / M1 k1 * yeq1 / M1);C1 = [1 0];D1 = [0 0];sys1 = ss (A1, B1, C1, D1);sys1 = setmpcsignals (sys1,“MV”,1“医学博士”2);

创建一个群众连接时的状态空间模型。

A2 = [0 1;——(k1 + k2) / (M1 + M2) - (b1和b2) / (M1 + M2)];B2 = [0 0;1 / (M1 + M2) (k1 * yeq1 + k2 * yeq2) / (M1 + M2)];C2 = [1 0];D2 = [0 0];sys2 = ss (A2, B2 C2, D2);sys2 = setmpcsignals (sys2,“MV”,1“医学博士”2);

两种模型的:

MPC控制器设计

设计一个MPC控制器为每个工厂模型。控制器都是相同的除了他们的内部预测模型。

定义相同的样本,Ts,预测地平线,p和控制地平线,米两个控制器。

t = 0.2;p = 20;m = 1;

为每个工厂创建默认的MPC控制器模型。

MPC1 = mpc (sys1 Ts p、m);MPC2 = mpc (sys2 Ts p、m);

- - >“权重。ManipulatedVariables”属性是空的。假设默认的0.00000。- - >“权重。ManipulatedVariablesRate”属性是空的。假设默认的0.10000。- - >“权重。OutputVariables”属性是空的。假设默认的1.00000。- - >“权重。ManipulatedVariables" property is empty. Assuming default 0.00000. -->The "Weights.ManipulatedVariablesRate" property is empty. Assuming default 0.10000. -->The "Weights.OutputVariables" property is empty. Assuming default 1.00000.

为被控变量定义的约束。由于作用力不能改变方向,设置下限为零。同时,设定一个最大变化率为输入的力。这些限制都是相同的控制器。

MPC1。MV =结构(“最小值”0,“马克斯”30岁的“杀鼠灵”,-10,“RateMax”10);MPC2。MV = MPC1.MV;

模拟Gain-Scheduled控制器

模拟控制器使用的性能MPC控制器块。

打开仿真软件模型。金宝app

mdl =“mpc_switching”;open_system (mdl)

在模型中,质量M1子系统模拟的运动质量M1当自由移动和连接平方米。质量M2子系统模拟的运动质量M2时自由移动。模式选择和速度重置子系统协调群众的碰撞和分离。

模型包含切换逻辑检测时的位置M1和平方米都是一样的。由此产生的开关信号连接到开关多个MPC控制器块的尺寸,控制MPC控制器是活跃。

指定初始位置为每个质量。

y1initial = 0;y2initial = 10;

指定gain-scheduled控制器,双击多个MPC控制器。在块参数对话框中,指定控制器单元阵列控制器的名称。每个控制器的初始状态设置为通过指定美国作为各自的标称值{”[],“[]”}。

点击好吧。

运行仿真。

sim (mdl)

- - >将模型转换为离散时间。- - >输出假设扰动添加到测量输出通道# 1是集成的白噪声。- - >”模型。噪音”属性是空的。假设白噪声在每个测量输出。- - >将模型转换为离散时间。- - >输出假设扰动添加到测量输出通道# 1是集成的白噪声。- - >”模型。噪音”属性是空的。假设白噪声在每个测量输出。 -->Converting model to discrete time. -->Assuming output disturbance added to measured output channel #1 is integrated white noise. -->The "Model.Noise" property is empty. Assuming white noise on each measured output.

查看仿真结果,开放的信号范围。

open_system ([mdl' /信号'])

最初,MPC1移动质量M1参考定位点。13秒,平方米碰撞与M1。开关信号的变化从1到2,开关控制MPC2。

碰撞的移动M1远离其选点和MPC2迅速返回参考点的综合质量。

在随后的参考信号转换,当群众分离和碰撞之间的多块MPC控制器开关MPC1和MPC2相应的行动。结果,结合群众解决快速参考点。

与单一MPC控制器

演示使用两个MPC控制器的好处对于这个应用程序,模拟系统仅使用MPC2。

改变MPC1匹配MPC2。

MPC1save = MPC1;MPC1 = MPC2;

运行仿真。

sim (mdl)

当群众不联系,MPC2过度使用武力,因为它适用于预计更大的质量。这个积极的控制作用产生振荡行为。一旦群众连接,控制性能的提高,因为控制器是专为这个条件。

另外,改变MPC2匹配MPC1结果控制行动缓慢和长期解决群众连接的时候。

集MPC1回到原来的配置。

MPC1 = MPC1save;

创建显式MPC控制器

减少在线计算的努力,您可以创建一个显式的MPC控制器对于每个操作条件,并实现gain-scheduled明确MPC控制使用多个明确MPC控制器块。明确的MPC控制器上的更多信息,见明确的政策委员会。

创建一个显式的MPC控制器,首先定义控制器的操作范围,输入信号和参考信号。

创建一个显式的MPC范围对象使用相应的传统控制器,MPC1。

范围= generateExplicitRange (MPC1);

指定范围的控制器。这两个MPC1和MPC2包含状态:

如果可能,使用你的知识的定义范围。例如,第一个状态对应的位置M1,范围在-10和10之间。

设置一个状态变量的范围可以是困难的,当国家不对应一个物理参数,如输出扰动模型状态。在这种情况下,使用模拟和典型的收集范围信息参考和干扰信号。对于这个系统,你可以激活可选est.state外港的多个MPC控制器,使用范围和查看估计状态。当模拟控制器响应,使用参考信号覆盖预期的工作范围。

定义明确的状态范围MPC控制器基于估计状态的范围。

range.State.Min (:) = (-10; 8; 3);range.State.Max (:) = (10; 8; 3);

定义参考信号的范围。选择一个小于参考值范围M1位置范围。

range.Reference。Min = 8;range.Reference。Max = 8;

指定定义的操纵变量范围使用MV约束。

range.ManipulatedVariable。最小值= 0;range.ManipulatedVariable。Max = 30;

定义测量扰动信号的范围。由于测量扰动是常数,在常量值指定一个较小的范围,1。

range.MeasuredDisturbance。最小值= 0.9;range.MeasuredDisturbance。Max = 1.1;

创建一个显式的MPC控制器相对应MPC1使用指定的对象范围。

expMPC1 = generateExplicitMPC (MPC1、范围);

发现/未开拓的地区:4/0

创建一个显式的MPC控制器相对应MPC2。自MPC1和MPC2操作在同一状态和输入范围和有相同的限制,您可以使用相同的对象范围。

expMPC2 = generateExplicitMPC (MPC2、范围);

发现/未开拓的地区:5/0

一般来说,不同控制器的显式的MPC范围可能不匹配。例如,控制器可能有不同的约束或国家范围。在这种情况下,创建一个单独的显式MPC范围为每个控制器对象。

验证显式MPC控制器

是一种很好的做法之前验证每一个显式的MPC控制器的性能实现gain-scheduled明确MPC。例如,比较的性能MPC1和expMPC1模拟闭环响应每个控制器使用sim卡。

1 r =[0(30日);5 * 1 (160 1);5 * 1 (160 1)];[Yimp, Timp Uimp] = sim (MPC1,350 r 1);[Yexp Texp,单边]= sim (expMPC1,350 r 1);

- - >将模型转换为离散时间。- - >输出假设扰动添加到测量输出通道# 1是集成的白噪声。- - >”模型。噪音”属性是空的。假设白噪声在每个测量输出。

比较植物输出两个控制器和被控变量序列。

图次要情节(2,1,1)情节(Timp Yimp,“b -”Texp Yexp,“r——”网格)在包含(“时间(s)”)ylabel (“输出”)标题(“明确的MPC验证”)传说(“隐式政策委员会”,“明确的政策委员会”次要情节(2,1,2)情节(Timp Uimp,“b -”Texp单边递减,“r——”网格)在ylabel (“MV”)包含(“时间(s)”)

闭环反应和操纵变量的隐式和显式控制器匹配序列。类似地,您可以验证的性能expMPC2对的MPC2。

如果隐式和显式控制器的响应不匹配,调整明确MPC范围,并创建一个新的明确的MPC控制器。

模拟Gain-Scheduled明确货币政策委员会

实现gain-scheduled明确MPC控制,取代多个MPC控制器与多个块明确MPC控制器。

expModel =“mpc_switching_explicit”;open_system (expModel)

指定明确的MPC控制器,双击多个明确MPC控制器。在块参数对话框中,指定控制器单元阵列控制器的名称。每个控制器的初始状态设置为通过指定美国作为各自的标称值{”[],“[]”}。

点击好吧。

如果你之前验证显式MPC控制器,然后替换配置多个明确MPC控制器块应该产生相同的结果作为多个MPC控制器。

运行仿真。

sim (expModel)

查看仿真结果,开放的信号范围。

open_system ([expModel' /信号'])

gain-scheduled明确MPC控制器提供相同的性能随着gain-scheduled隐MPC控制器。

bdclose (“所有”)