MPC Controller

Необходимо обеспечить объект mpc, который задает неявный контроллер MPC. Сделать так:

Если вы задаете контроллер в поле MPC Controller, можно рассмотреть проект для устойчивости во время выполнения и проблем робастности путем нажатия на Review. Для получения дополнительной информации см. Модель Анализа Прогнозирующий Контроллер для Проблем Устойчивости и Робастности.

Начальное состояние контроллера

Задает начальное состояние контроллера. Если этот параметр оставлен незаполненный, блок использует номинальную стоимость, которая задана в свойстве Model.Nominal объекта mpc. Чтобы заменить значение по умолчанию, создайте объект mpcstate в своей рабочей области и введите ее имя в поле.

Переменные, которыми управляют,

Выходной порт mv обеспечивает сигнал, задающий $$n_u\ge 1$$ переменные, которыми управляют, для управления объектом. В каждый момент управления контроллер обновляет его выходной порт mv путем решения проблемы квадратичного программирования с помощью или решателя KWIK по умолчанию или пользовательского решателя QP. Для получения дополнительной информации см. Решатель QP.

Если контроллер обнаруживает неосуществимую задачу оптимизации или сталкивается с числовыми трудностями при решении плохо обусловленной задачи оптимизации, mv остается в своем новом успешном решении; то есть, контроллер вывел замораживания.

В противном случае, если задача оптимизации выполнима, и решатель достигает заданного максимального количества итераций, не находя оптимальное решение, mv:

Measured disturbance

Добавьте импорт (md), с которым вы соединяете измеренный сигнал воздействия. Количество измеренных воздействий задано для вашего контроллера, $$n_{md}\ge 1$$, должен совпадать с размерностями связанного сигнала воздействия.

Количество измеренных воздействий не должно изменяться с одного момента управления на следующее, и каждое значение воздействия должно быть вещественным числом.

Когда md является 1 сигналом _nmd, нет никакого измеренного предварительного просмотра воздействия. Контроллер применяет текущие значения воздействия через горизонт прогноза.

Чтобы использовать предварительный просмотр воздействия, задайте md как N-by-_nmd сигнал, где N является количеством временных шагов, которыми известны измеренные воздействия. Здесь, $$1<N\le p+1$$, и p является горизонтом прогноза. Предварительный просмотр обычно улучшает производительность, поскольку диспетчер может ожидать будущие воздействия. Первая строка md задает _nmd текущие значения воздействия (k = 1) с другими строками, задающими воздействия для последующих интервалов управления. Если N <p + 1, контроллер применяет последнюю строку для остающегося p - N + 1 шаг.

Например, предположите _nmd = 2 и p = 6. В данный момент контроля сигнал, соединенный с импортом md:

[2 5  ←  k=0
 2 6  ←  k=1
 2 7  ←  k=2
 2 8] ←  k=3

Этот сигнал сообщает диспетчеру что:

mpcpreview показывает, как использовать предварительный просмотр MD в конкретном случае.

Для получения дополнительной информации вычисления смотрите, что MPC Моделирует и Матрицы QP.

External manipulated variable

Добавьте импорт (ext.mv), с которым вы соединяете векторный сигнал, который содержит фактические переменные, которыми управляют, (MV) _nu, используемые на объекте. Используйте эту опцию, когда мВ применился к объекту между временем_{, tk–1} и _tk отличаются, чем оптимальный мВ, вычисленный в последнем интервале управления, например, должны сигнализировать о насыщении или условии переопределения. Когда включено, блок использует этот сигнал исправить оценки состояния контроллера в _tk.

Оценка состояния контроллера принимает, что мВ является кусочной константой. Во время _tk значением ext.mv должен быть эффективный мВ между временами _tk–1 и _tk. Например, если мВ на самом деле отличается на этом интервале, вы можете предоставить усредненное во времени значение, оцененное во время _tk.

Следующий пример, из модели mpc_bumpless, включает переключатель, который может заменить контроллер вывод с сигналом, предоставленным оператором. Кроме того, контроллер вывел, может насыщать. Возвращение фактического мВ, используемого на объекте (маркировал u(t) в примере), улучшает точность оценок состояния контроллера.

Если внешняя опция мВ неактивна или импорт ext.mv в несвязанном, контроллер принимает, что его MV вывод используется на объекте без модификации.

Цели для переменных, которыми управляют,

Если вы хотите, чтобы один или несколько переменные, которыми управляют, (MV) отследил целевые значения, которые изменяются со временем, используют эту опцию, чтобы добавить импорт mv.target. Соедините этот порт с целевым сигналом с размерностью _nu, где _nu является количеством MVS.

Для этого, чтобы быть эффективным, соответствующий мВ должен иметь ненулевые веса штрафа (эти веса являются нулем по умолчанию).

Оптимальная стоимость

Добавьте выходной порт (cost), который обеспечивает оптимальное значение целевой функции квадратичного программирования в текущее время (неотрицательный скаляр). Если контроллер выполняет хорошо, и никакие ограничения не были нарушены, значение должно быть маленьким. Если задача оптимизации неосуществима, однако, значение бессмысленно. (См. qp.status.)

Состояние Optimization

Добавьте выходной порт (qp.status), который позволяет вам контролировать состояние решателя QP.

Если проблема QP решена успешно в данном интервале контроля, qp.status, вывод возвращает количество итераций решателя QP, используемых в вычислении. Это значение является конечным, положительным целым числом и пропорционально времени, требуемому для вычислений. Таким образом большое значение означает относительно медленное выполнение блока для этого временного интервала.

Решатель QP может не найти оптимальное решение по следующим причинам:

В приложении реального времени можно использовать qp.status, чтобы поставить будильник или принять другие специальные меры.

Следующая схема показывает, как использовать индикатор состояния, чтобы контролировать блок MPC Controller в режиме реального времени. Для получения дополнительной информации смотрите Контролирующее Состояние Оптимизации, чтобы Обнаружить Отказы контроллера.

Предполагаемые состояния контроллера

Добавьте выходной порт (est.state), чтобы получить оценки состояния контроллера, x[k|k], в каждый момент управления. Они включают объект, воздействие и шумовые образцовые состояния.

Последовательность оптимального управления

Добавьте выходной порт (mv.seq), который обеспечивает предсказанные оптимальные корректировки мВ (перемещения) по целому горизонту прогноза от k до k+p, где k является текущим временем, и p является горизонтом прогноза. Этот сигнал (p +1)-by-_nu матрица, где и _nu количество переменных, которыми управляют.

mv.seq содержит расчетные оптимальные перемещения мВ во время k+i-1 для i = 1,...,p. Первая строка mv.seq идентична сигналу выходного порта mv, который является текущей корректировкой мВ, примененной во время k. Поскольку контроллер не вычисляет перемещения оптимального управления во время k+p, последняя строка mv.seq копирует предыдущую строку.

Оптимальная последовательность состояния

Добавьте выходной порт (x.seq), который обеспечивает предсказанную оптимальную последовательность переменной состояния по целому горизонту прогноза от k до k+p, где k является текущим временем, и p является горизонтом прогноза. Этот сигнал (p +1)-by-_nx матрица, где _nx является количеством состояний на объекте, и неизмеренные возмущения (состояния из шумовых моделей не включены).

x.seq содержит расчетные оптимальные значения состояния во время k+i для i = 1,...,p. Первая строка x.seq содержит текущие состояния во время k, как определено оценкой состояния.

Оптимальная выходная последовательность

Добавьте выходной порт (y.seq), который обеспечивает предсказанную оптимальную последовательность выходной переменной по целому горизонту прогноза от k до k+p, где k является текущим временем, и p является горизонтом прогноза. Этот сигнал (p +1)-by-_ny матрица, где и _ny количество выходных параметров.

y.seq содержит расчетные оптимальные выходные значения во время k+i-1 для i = 1,...,p+1. Первая строка y.seq содержит текущие производительности во время k на основе предполагаемых состояний и измеренных воздействий; это не измеренный вывод во время k.

Используйте пользовательские предполагаемые состояния вместо того, чтобы использовать встроенный Фильтр Калмана

Замените mo на импорт x[k|k] для пользовательской оценки состояния, как описано в Необходимом Inports.

Более низкие пределы мВ

Добавьте импортируют umin, который можно соединить с ограничительным сигналом во время выполнения для переменных нижних границ, которыми управляют. Этот сигнал является вектором с _nu конечные значения. i th элемент umin заменяет свойство ManipulatedVariables(i).Min контроллера во время выполнения.

Если переменной, которой управляют, не задали нижнюю границу в объекте контроллера, то соответствующее связанное значение сигналов проигнорировано.

Если этот параметр не выбран, блок использует постоянные ограничительные значения, сохраненные в его объекте mpc.

Верхние пределы мВ

Добавьте импортируют umax, который можно соединить с ограничительным сигналом во время выполнения для переменных верхних границ, которыми управляют. Этот сигнал является вектором с _nu конечные значения. i th элемент umax заменяет свойство ManipulatedVariables(i).Max контроллера во время выполнения.

Если переменной, которой управляют, не задали верхнюю границу в объекте контроллера, то соответствующее связанное значение сигналов проигнорировано.

Если этот параметр не выбран, блок использует постоянные ограничительные значения, сохраненные в его объекте mpc.

Понизьте пределы OV

Добавьте импортируют ymin, который можно соединить с ограничительным сигналом во время выполнения для нижних границ выходной переменной. Этот сигнал является вектором с _ny конечные значения. i th элемент ymin заменяет свойство OutputVariables(i).Min контроллера во время выполнения.

Если выходной переменной не задали нижнюю границу в объекте контроллера, то соответствующее связанное значение сигналов проигнорировано.

Если этот параметр не выбран, блок использует постоянные ограничительные значения, сохраненные в его объекте mpc.

Верхние пределы OV

Добавьте импортируют ymax, который можно соединить с ограничительным сигналом во время выполнения для верхних границ выходной переменной. Этот сигнал является вектором с _ny конечные значения. i th элемент ymax заменяет свойство OutputVariables(i).Max контроллера во время выполнения.

Если выходной переменной не задали верхнюю границу в объекте контроллера, то соответствующее связанное значение сигналов проигнорировано.

Если этот параметр не выбран, блок использует постоянные ограничительные значения, сохраненные в его объекте mpc.

Пользовательские ограничения

Добавьте импортирует E, F, G и S к блоку, который можно соединить со следующими пользовательскими сигналами матрицы ограничений во время выполнения:

Эти ограничения заменяют пользовательские ограничения ранее набор с помощью setconstraint.

Если вы задаете E, F, G или S в объекте mpc, необходимо соединить сигнал с соответствующим импортом, и что сигнал должен иметь те же размерности как массив, заданный в контроллере. Если массив не задан в объекте контроллера, используйте нулевую матрицу с правильным размером.

Пользовательские ограничения имеют форму E u + F y + S v <= G, где:

Для получения дополнительной информации смотрите Ограничения на Линейные комбинации Вводов и выводов.

Веса OV

Добавьте импорт (y.wt), что можно соединить с переменной вывода во время выполнения (OV) сигнал веса. Этот сигнал заменяет свойство Weights.OV объекта mpc, который устанавливает относительную важность отслеживания уставки OV.

Чтобы использовать те же настраивающие веса по горизонту прогноза, соедините y.wt с векторным сигналом с элементами _ny, где _ny является количеством управляемых выходных параметров. Каждый элемент задает неотрицательный настраивающий вес для каждой управляемой выходной переменной. Для получения дополнительной информации об определении настраивающихся весов смотрите Веса Мелодии.

Чтобы отличаться настраивающиеся веса по горизонту прогноза, соедините y.wt с матричным сигналом со столбцами _ny и до строк p, где p является горизонтом прогноза. Каждая строка содержит настраивающиеся веса для одного шага горизонта прогноза. Если вы задаете меньше, чем строки p, настраивающиеся веса в итоговой строке запрашивают остаток от горизонта прогноза. Для получения дополнительной информации о переменных весах по горизонту прогноза смотрите Изменяющиеся во времени Веса и Ограничения.

Если вы не соединяете сигнал с импортом y.wt, блок использует веса OV, заданные в вашем объекте mpc.

Веса мВ

Добавьте импорт (u.wt), который можно соединить с сигналом веса переменной, которой управляют, (MV) во время выполнения. Этот сигнал заменяет свойство Weights.MV объекта mpc, который устанавливает относительную важность целевого отслеживания мВ.

Чтобы использовать те же настраивающие веса по горизонту прогноза, соедините u.wt с векторным сигналом с элементами _nu, где _nu является количеством переменных, которыми управляют. Каждый элемент задает неотрицательный настраивающий вес для каждой переменной, которой управляют. Для получения дополнительной информации об определении настраивающихся весов смотрите Веса Мелодии.

Чтобы отличаться настраивающиеся веса по горизонту прогноза, соедините u.wt с матричным сигналом со столбцами _nu и до строк p, где p является горизонтом прогноза. Каждая строка содержит настраивающиеся веса для одного шага горизонта прогноза. Если вы задаете меньше, чем строки p, настраивающиеся веса в итоговой строке запрашивают остаток от горизонта прогноза. Для получения дополнительной информации о переменных весах по горизонту прогноза смотрите Изменяющиеся во времени Веса и Ограничения.

Если вы не соединяете сигнал с импортом u.wt, блок использует веса мВ, заданные в вашем объекте mpc.

Веса MVRate

Добавьте импорт (du.wt), который можно соединить с сигналом веса уровня переменной, которой управляют, (MV) во время выполнения. Этот сигнал заменяет свойство Weights.MVrate объекта mpc, который устанавливает относительную важность изменений мВ.

Чтобы использовать те же настраивающие веса по горизонту прогноза, соедините du.wt с векторным сигналом с элементами _nu, где _nu является количеством переменных, которыми управляют. Каждый элемент задает неотрицательный настраивающий вес для каждого плавающего курса, которым управляют. Для получения дополнительной информации об определении настраивающихся весов смотрите Веса Мелодии.

Чтобы отличаться настраивающиеся веса по горизонту прогноза, соедините du.wt с матричным сигналом со столбцами _nu и до строк p, где p является горизонтом прогноза. Каждая строка содержит настраивающиеся веса для одного шага горизонта прогноза. Если вы задаете меньше, чем строки p, настраивающиеся веса в итоговой строке запрашивают остаток от горизонта прогноза. Для получения дополнительной информации о переменных весах по горизонту прогноза смотрите Изменяющиеся во времени Веса и Ограничения.

Если вы не соединяете сигнал с импортом du.wt, блок использует веса уровня мВ, заданные в вашем объекте mpc.

Ослабьте переменный вес

Добавьте импорт (ecr.wt) для скалярного неотрицательного сигнала, который заменяет свойство MPCobj.Weights.ECR контроллера mpc. Этот импорт не имеет никакого эффекта, если ваш объект контроллера не задает мягкие ограничения, чьи связанные значения ECR являются ненулевыми.

Если существуют мягкие ограничения, увеличивание значения ecr.wt делает эти ограничения относительно тяжелее. Контроллер затем помещает более высокий приоритет в минимизацию значения предсказанного ограничительного нарушения худшего случая.

Вы не можете смочь избежать нарушений ограничения выходной переменной. Таким образом увеличение значения ecr.wt часто контрпродуктивно. Такое увеличение заставляет контроллер обращать меньше внимания на его другие цели и не помогает уменьшать ограничительные нарушения. Обычно необходимо настраивать ecr.wt, чтобы достигнуть соответствующего баланса относительно других целей управления.

Настройте горизонт прогноза и управляйте горизонтом во время выполнения

Если вы хотите отличаться свой прогноз и горизонты управления во время выполнения, выберите этот параметр. Выполнение так добавляет следующие входные порты в блок:

Во время выполнения значения p и сигналов m заменяют горизонты по умолчанию, заданные в объекте контроллера.

Для получения дополнительной информации смотрите, Настраивают Горизонты во Время выполнения.

Максимальный горизонт прогноза

Задайте максимальное значение горизонта прогноза при варьировании горизонта прогноза во время выполнения. Это значение, _Pmax, используется, чтобы задать:

Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Adjust prediction horizon and control horizon at run time.

Для получения дополнительной информации смотрите, Настраивают Горизонты во Время выполнения.

'SampleTime'

Задайте шаг расчета контроллера по умолчанию.

Размеры входного сигнала объекта

Задайте размерности сигнала по умолчанию для следующих типов входного сигнала:

Размеры выходного сигнала объекта

Задайте размерности сигнала по умолчанию для следующих типов выходного сигнала:

Блокируйте тип данных

Задайте тип данных блока переменных, которыми управляют, как одно из следующего:

Для примера симуляции с одинарной точностью и с двойной точностью и генерации кода для контроллера MPC, смотрите Симуляцию и Генерацию кода Используя Simulink Coder.

Чтобы просмотреть типы данных порта в модели, в Редакторе Simulink, выбирают Display > Signals & Ports Port Data Types.

Наследуйте шаг расчета

Используйте шаг расчета родительской подсистемы как шаг расчета блока. Выполнение так позволяет вам условно выполнять этот блок в Подсистеме вызова функций или Инициированных блоках Subsystem. Для примера смотрите Используя диспетчера MPC Блока В Вызове функции и Инициированных Подсистемах.

Чтобы просмотреть шаг расчета блока, в Редакторе Simulink, выбирают Display > Sample Time. Выберите Colors, Annotations или All. Для получения дополнительной информации, информация о Шаге расчета вида на море (Simulink).

Используйте внешний сигнал включить или отключить оптимизацию

Добавьте импорт (switch), вход которого задает, выполняет ли контроллер вычисления оптимизации. Если входной сигнал является нулем, контроллер обычно ведет себя. Если входной сигнал является ненулевым, блок MPC Controller выключает вычисления оптимизации контроллера. Это действие уменьшает вычислительное усилие, когда контроллер, вывод не нужен, такой как тогда, когда система действует вручную или другой контроллер, вступил во владение. Однако контроллер продолжает обновлять его оценки внутреннего состояния обычным способом. Таким образом это готово возобновить вычисления оптимизации каждый раз, когда switch сигнализирует о возвратах к нулю. В то время как оптимизация контроллера выключена, блок MPC Controller передает текущий сигнал ext.mv выводу контроллера. Если импорт ext.mv не включен, контроллер, которым вывод сохранен в значении, которое это имело, когда оптимизация была отключена.