工厂模式

这种植物有两大块，M1而且平方米，连接两个弹簧。有弹簧常数的弹簧k1把质量M1向右，还有一个弹簧常数k2把质量平方米左边。被操纵的变量是拉动质量的力M1左边，如图中红色箭头所示。

两个质量都自由运动，直到碰撞。碰撞是非弹性的，物体粘在一起，直到施加的力的变化将它们分开。因此，对于不同动态的系统有两种运行条件。

控制目标是使的位置M1跟踪一个参考信号，在先前的图像中显示为蓝色三角形。只有位置M1和一个接触传感器可用的反馈。

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;%摩擦系数B2 = 0.8;Yeq1 = 10;%壁挂位置Yeq2 = -10;

创建质量不接触时的状态空间模型;这就是当质量M1自由移动。

A1 = [0 1;k1 / M1 b1 / M1);B1 = [0 0;1 / M1 k1 * yeq1 / M1);C1 = [10 0];D1 = [0 0];sys1 = ss(A1,B1,C1,D1);Sys1 = setmpcsignals(Sys1，“MV”, 1“医学博士”2);

创建一个状态空间模型，用于连接质量。

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 = [10 0];D2 = [0 0];sys2 = ss(A2,B2,C2,D2);Sys2 = setmpcsignals(Sys2，“MV”, 1“医学博士”2);

对于这两个模型，:

MPC控制器设计

为每个装置模型设计一个MPC控制器。两个控制器除了内部预测模型外是相同的。

定义相同的采样时间，Ts，预测视界，p，控制视界，米，对于两个控制器。

Ts = 0.2;P = 20;M = 1;

为每个工厂模型创建默认的MPC控制器。

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

- - - >“权重。“mpc”对象的“ManipulatedVariables”属性为空。假设默认值为0.00000。- - - >“权重。对象的“mpc”属性为空。假设默认为0.10000。- - - >“权重。mpc对象的OutputVariables属性为空。假设默认值为1.00000。- - - >“权重。ManipulatedVariables" property of "mpc" object is empty. Assuming default 0.00000. -->The "Weights.ManipulatedVariablesRate" property of "mpc" object is empty. Assuming default 0.10000. -->The "Weights.OutputVariables" property of "mpc" object is empty. Assuming default 1.00000.

为被操作的变量定义约束。由于施加的力不能改变方向，将下界设为零。另外，设置输入力的最大变化率。这些约束对于两个控制器都是相同的。

MPC1。MV = struct(“最小值”0,“马克斯”30岁的“杀鼠灵”, -10,“RateMax”10);MPC2。Mv = mpc1.mv;

模拟增益调度控制器

控件模拟控制器的性能MPC控制器块。

打开Simulin金宝appk模型。

mdl =“mpc_switching”；open_system (mdl)

在模型中，质量M1子系统模拟质量的运动M1，无论是自由移动还是连接平方米．质量M2子系统模拟质量M2在自由运动时的运动。模态选择子系统和速度复位子系统协调了质量的碰撞和分离。

该模型包含切换逻辑，用于检测M1而且平方米都是一样的。产生的开关信号连接到开关多重MPC控制器块的导入，并控制哪个MPC控制器是活动的。

指定每个质点的初始位置。

Y1initial = 0;Y2initial = 10;

要指定增益计划控制器，双击“多个MPC控制器”块。在“块参数”对话框中，将控制器指定为控制器名称的单元格数组。通过指定状态为，将每个控制器的初始状态设置为各自的标称值{'[],'[]'}．

点击好吧．

运行模拟。

sim (mdl)

——>转换模型到离散时间。假设添加到测量输出通道#1的输出扰动是集成白噪声。——>”模式。mpc对象的Noise属性为空。假设每个测量输出通道上都有白噪声。——>转换模型到离散时间。假设添加到测量输出通道#1的输出扰动是集成白噪声。——>”模式。mpc对象的Noise属性为空。假设每个测量输出通道上都有白噪声。 -->Converting model to discrete time. -->Assuming output disturbance added to measured output channel #1 is integrated white noise. -->The "Model.Noise" property of the "mpc" object is empty. Assuming white noise on each measured output channel.

要查看模拟结果，请打开信号范围。

open_system ([mdl' /信号'])

最初,MPC1移动质量M1到参考设定值。大约13秒时，平方米碰撞与M1．开关信号从1变为2，将控制切换到MPC2．

碰撞移动M1远离设定值和MPC2快速将组合质量返回到参考点。

在后续的参考信号转换过程中，当质量分离和碰撞时，多个MPC控制器块之间切换MPC1而且MPC2相应的行动。结果，组合质量迅速沉降到参考点。

与单MPC控制器相比

为了演示在此应用程序中使用两个MPC控制器的好处，请使用MPC2．

改变MPC1匹配MPC2．

MPC1save = MPC1;Mpc1 = mpc2;

运行模拟。

sim (mdl)

当群众之间没有联系时，MPC2施加过大的力，因为它期望更大的质量。这种激进的控制行为产生振荡行为。一旦质量连接，控制性能提高，因为控制器是为这种情况而设计的。

另外,改变MPC2匹配MPC1当群众相互连接时，导致控制动作迟缓，沉降时间长。

集MPC1回到原来的构型。

MPC1 = MPC1save;

创建显式MPC控制器

为了减少在线计算工作量，您可以为每个操作条件创建显式MPC控制器，并使用多个显式MPC控制器块。有关显式MPC控制器的更多信息，请参见明确的政策委员会．

要创建显式MPC控制器，首先定义控制器状态、输入信号和参考信号的工作范围。

使用相应的传统控制器创建显式MPC范围对象，MPC1．

range = generateExplicitRange(MPC1);

指定控制器状态的范围。这两个MPC1而且MPC2包含以下状态:

如果可能的话，利用你对植物的了解来定义状态范围。例如，第一个状态对应的位置M1，取值范围在-10到10之间。

当状态与物理参数不对应时，例如对于输出扰动模型状态，设置状态变量的范围可能很困难。在这种情况下，使用典型参考信号和干扰信号模拟收集距离信息。对于这个系统，您可以激活可选选项est.state输出多个MPC控制器块，并使用范围查看估计的状态。在模拟控制器响应时，使用覆盖预期工作范围的参考信号。

根据估计状态的范围定义显式MPC控制器的状态范围。

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

定义参考信号的范围。选择的参考范围小于M1位置范围。

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

使用定义的MV约束指定被操作的变量范围。

range.ManipulatedVariable.Min = 0;range.ManipulatedVariable.Max = 30;

定义测量扰动信号的范围。由于测量的扰动是恒定的，在恒定值周围指定一个小范围，1．

range. measured扰动。min = 0.9;range. measureddisturbed . max = 1.1;

创建一个显式的MPC控制器，对应于MPC1使用指定的范围对象。

expMPC1 = generateExplicitMPC(MPC1,range);

已发现/未开发区域:4/ 0

创建一个显式的MPC控制器，对应于MPC2．自MPC1而且MPC2在相同的状态和输入范围上进行操作，并且具有相同的约束，则可以使用相同的范围对象。

expMPC2 = generateExplicitMPC(MPC2,range);

已发现/未开发地区:5/ 0

一般情况下，不同控制器的显式MPC范围可能不匹配。例如，控制器可能具有不同的约束或状态范围。在这种情况下，为每个控制器创建一个单独的显式MPC范围对象。

验证显式MPC控制器

在实现增益调度的显式MPC之前，验证每个显式MPC控制器的性能是一个很好的实践。例如，比较的性能MPC1而且expMPC1，模拟各控制器的闭环响应sim卡．

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

——>转换模型到离散时间。假设添加到测量输出通道#1的输出扰动是集成白噪声。——>”模式。mpc对象的Noise属性为空。假设每个测量输出通道上都有白噪声。

比较两个控制器的设备输出和操纵变量序列。

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

隐式控制器和显式控制器的闭环响应和操纵变量序列匹配。类似地，您可以验证的性能expMPC2相对于MPC2．

如果隐式控制器和显式控制器的响应不匹配，请调整显式MPC范围，并创建新的显式MPC控制器。

模拟增益计划显式MPC

要实现增益调度的显式MPC控制，将“Multiple MPC Controllers”块替换为“Multiple explicit MPC Controllers”块。

expModel =“mpc_switching_explicit”；open_system (expModel)

若要指定显式MPC控制器，请双击“多个显式MPC控制器”块。在“块参数”对话框中，将控制器指定为控制器名称的单元格数组。通过指定状态为，将每个控制器的初始状态设置为各自的标称值{'[],'[]'}．

点击好吧．

如果您之前验证了显式MPC控制器，那么替换和配置“多个显式MPC控制器”块应该产生与“多个MPC控制器”块相同的结果。

运行模拟。

sim (expModel)

要查看模拟结果，请打开信号范围。

open_system ([expModel' /信号'])

增益调度显式MPC控制器提供与增益调度隐式MPC控制器相同的性能。

bdclose (“所有”）