MATLAB mpctoolbox學習筆記

來自專欄 MATLAB學習

首先通過一個實例來學習使用MPC設計器

線性化模型

首先，要建立一個線性化模型模型

一般而言，需要將模型描述為狀態空間的格式

其中，

基於該動力學模型，建立狀態方程的SS模型：

A = [-0.0285 -0.0014; -0.0371 -0.1476];

B = [-0.0850 0.0238; 0.0802 0.4462];

C = [0 1; 1 0];

D = zeros(2,2);

CSTR = ss(A,B,C,D);

此時在matlab的工作空間中，已經出現了這些參數。打開MPC Designer

在MPCdesigner選項卡中，點擊MPC Structure

此時，在中間部分的select a model or an MPC controller中，會出現工作空間里已經定義好的MPC規格的數據形式。

在控制器的採樣時間選項中，具體數值需要根據動力學系統，其中TR是動力學模型的平均上升時間。

對於inputs中的三個通道，第一個通道是控制變數第二個輸入是無法測量的干擾

第一個輸出是測量的輸出量，第二個輸出是指未測量的輸出量。

確定好數值後，點擊Define and import

此時mpc結構已經定義完成，無法再當前的mpc designer對話框中進行更改。如果要使用不同的通道配置，需要啟用一個新的session。

通過調整視圖，可以將視圖調整為左側右側或者頂端底端等形式，方便調整。

定義輸入輸出通道屬性

在MPCdesigner選項卡中，找到I/O Attributes。

在輸入輸出通道設置裡面，可以調整每個通道的名稱以及單位；

由於狀態空間模型是使用與標稱工作點的偏差定義的，因此將每個輸入和輸出通道的標稱值設定為0，每個通道的比例因子保持為默認值1.

點擊OK後，輸入響應以及輸出響應會發生比那話，出現了新的信號名稱和單位。

配置模擬場景

在mpc designer選項卡的Scenario 選項中，點擊Scenario→scenario1.

將模擬持續時間設置為30秒；

在參考信號表的第一行中，指定步長和時間分別為2和5.

在信號列的第二行中，選擇常量參考已將設定值保持在其標稱值。

配置控制器的參數

在Tuning選項卡的Horizons部分中，指定預測範圍為15，控制範圍為3.注意，在這裡，各參數的名稱為：Prediction horizon以及control horizon。

定義輸入限制

在Tuning（design）選項卡中，找到constraints。在對話框里，可以進行上限限值以及變化率的上下限值的設置。

通過performance tuning中的兩個滾輪可以調整超調量。

當使用歡快調整控制器的權重時，不會更改權重對話框中已經設定的權重。而是控制調整因子，該調整因子跟用戶指定的權重一起使用定義實際控制器的權重。當滑塊居中時，此因子為1; 滑塊向左移動時其值減小，滑塊向右移動時值增大。 加權因子乘以操縱變數和輸出變數權重，並從權重對話框中劃分操縱變數權重。

要查看實際控制器權重，請將控制器導出到MATLAB?工作空間，然後查看導出的控制器對象的權重屬性。

指定濃度輸出約束

以前，您定義了控制器調整權重，以實現跟蹤反應堆溫度設定點的主要控制目標，其中零穩態誤差。 這樣做可以使未測量的反應器濃度自由變化。 假設一旦反應器濃度超過3 kgmol / m3，就會指定輸出約束。（硬翻譯的）

在「tuning」選項卡上的「設計」部分中，單擊「約束」。

在「約束」對話框的「輸出約束」部分（表的第二行）中，指定「最大未測量輸出（UO）」值為3。

在「輸出約束」部分中，單擊「約束柔化設置」。

默認情況下，所有輸出約束都是軟的，這意味著它們的MinECR和MaxECR值大於零。 要進一步軟化未測量的輸出（UO）約束，請增加其MaxECR值。

輸出mpc

在「調整」選項卡的「分析」部分中，單擊「導出控制器」以將調優控制器mpc1保存到MATLAB工作空間。