Constraint Enforcement

Измените действия управления, чтобы удовлетворить границы действия и ограничения

Библиотека:
Simulink Control Design

Описание

Блок Constraint Enforcement вычисляет измененные действия управления, которые являются самыми близкими к заданным действиям управления, удовлетворяющим границам действия и ограничениям.

Блок использует решатель квадратичного программирования (QP), чтобы найти действие управления u, который минимизирует функцию ${| u - u_{0} |}^{2}$ . Здесь, u ₀ является немодифицированным действием управления.

Решатель применяет следующие ограничения к задаче оптимизации.

$\begin{array}{l} f_{x} + g_{x} u \leq c \\ u_{\min} \leq u \leq u_{\max} \end{array}$

Здесь:

_fx и _gx являются коэффициентами ограничительной функции.
c является направляющимся в ограничительную функцию.
_Min u является нижней границей для действия управления.
u _макс. является верхней границей для действия управления.

Блок Constraint Enforcement требует программного обеспечения Optimization Toolbox™.

Для получения дополнительной информации об ограничительном осуществлении смотрите Ограничительное Осуществление для Системы управления.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`u0` — Управляйте действиями
скаляр | вектор

Немодифицированные действия управления в виде скаляра или вектора.

Если параметром Number of actions является 1, соедините u0 со скалярным сигналом. В противном случае соедините u0 с векторным сигналом с длиной, равной Number of actions.

`fx` — Ограничительный коэффициент смещения функции
скаляр | вектор

Возместите коэффициент _fx в следующем уравнении ограничений.

$f_{x} + g_{x} u \leq c$

Если параметром Number of constraints является 1, соедините fx со скалярным сигналом. В противном случае соедините fx с векторным сигналом с длиной, равной Number of constraints.

`gx` — Ограничительная функция линейный коэффициент
скаляр | вектор | матрица

Линейный коэффициент _gx в следующем уравнении ограничений.

$f_{x} + g_{x} u \leq c$

Соедините gx с _Nc-by-_Nu сигнал, где _Nc равен параметру Number of constraints, и _Nu равен параметру Number of actions.

`c` — Ограничительные границы
скаляр | вектор

Ограничение во время выполнения связало c в следующей ограничительной функции.

$f_{x} + g_{x} u \leq c$

Если параметром Number of constraints является 1, соедините c со скалярным сигналом. В противном случае соедините c с векторным сигналом с длиной, равной Number of constraints.

Если этот порт отключен, блок использует заданное использование границ постоянного ограничения параметра Constraint bound.

Зависимости

Чтобы включить этот входной порт, выберите параметр Use external source.

`umax` — Верхние границы сигнала действия
скаляр | вектор

Чтобы задать верхние границы во время выполнения к сигналам действия, включите этот входной порт. Если этот порт отключен, блок не применяет верхних границ к действиям управления.

Если параметром Number of actions является 1, соедините umax со скалярным сигналом. В противном случае соедините umax с векторным сигналом с длиной, равной Number of actions.

Зависимости

Чтобы включить этот входной порт, выберите параметр Use external source for upper bound.

`umin` — Нижние границы сигнала действия
скаляр | вектор

Чтобы задать нижние границы во время выполнения к сигналам действия, включите этот входной порт. Если этот порт отключен, блок не применяет нижних границ к действиям управления.

Если параметром Number of actions является 1, соедините umin со скалярным сигналом. В противном случае соедините umin с векторным сигналом с длиной, равной Number of actions.

Зависимости

Чтобы включить этот входной порт, выберите параметр Use external source for lower bound.

Вывод

развернуть все

`u*` — Модифицированное действие управления
скаляр | вектор

Модифицированное действие управления возвращено решателем QP.

Если решатель находит решение прежде, чем достигнуть максимального количества итераций, u* выходные параметры это оптимальное решение.

Если решатель достигает максимального количества итераций, остановок оптимизации и u* выходные параметры субоптимальное решение.

Если начальная задача оптимизации неосуществима, возвращенное действие управления зависит от, сконфигурирован ли блок, чтобы проигнорировать границы ограничения или действия. Для получения дополнительной информации смотрите параметр exitflag.

Если параметром Number of actions является 1, u* выводит скалярный сигнал. В противном случае u* выходные параметры векторный сигнал с длиной равняется Number of actions.

`exitflag` — Состояние Optimization
1 | 2 | 3 | 4 | 0 | отрицательное целое число

Состояние Optimization решателя QP. Следующая таблица показывает возможные значения состояния.

Exitflag	Описание
1	Решатель сходился к оптимальному решению со всеми ограничениями и активными границами. В этом случае, u* выходные параметры действия оптимального управления.
2	Начальная задача оптимизации была неосуществима, и блок сконфигурирован, чтобы проигнорировать все ограничения и границы. В этом случае, u* выходные параметры немодифицированное действие управления u0.
3	Начальная задача оптимизации была неосуществима. Блок повторно выполнил оптимизацию, игнорирующую границы действия, и нашел возможное решение, который блок выходные параметры в u*.
4	Начальная задача оптимизации была неосуществима. Блок повторно выполнил оптимизацию, игнорирующую ограничительные границы, и нашел возможное решение, который блок выходные параметры в u*.
0	Решатель достиг максимального количества итераций. Действия управления выход в u* могут быть субоптимальными.
отрицательное целое число	Начальная задача оптимизации была неосуществима, и один из следующих сценариев применяется. Повторное выполнение оптимизации без границ действия не произвело возможное решение. Повторное выполнение оптимизации без ограничительных границ не произвело возможное решение. Блок сконфигурирован, чтобы не проигнорировать границы ограничения и действия. В этом случае действия управления выход в u* являются нулем.

Зависимости

Чтобы включить этот выходной порт, выберите параметр Optimization status.

Параметры

развернуть все

Вкладка параметров

`Number of constraints` — Количество ограничений
1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Задайте количество ограничений, чтобы осуществить.

Программируемое использование

Параметры блоков: nc

Ввод: символьный вектор

Значение по умолчанию: '1'

`Number of actions` — Количество действий
1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Задайте количество действий к связанному и оптимизируйте.

Программируемое использование

Параметры блоков: nu

Ввод: символьный вектор

Значение по умолчанию: '1'

`Constraint bound` — Ограничительные границы
0 (значение по умолчанию) | конечный скаляр | вектор

Задайте постоянные границы для ограничений. Если параметром Number of constraints является 1, задайте Constraint bound как конечный скаляр. В противном случае задайте Constraint bound как вектор из конечного значения с длиной, равной Number of constraints.

Если ваши ограничения варьируются во время выполнения, выберите параметр Use external source и соедините ограничительный сигнал во время выполнения с входным портом c.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, очистите параметр Use external source.

Программируемое использование

Параметры блоков: c

Ввод: символьный вектор

Значение по умолчанию: '0'

`Use external source` — Добавьте, что внешнее ограничение связало входной порт
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр, чтобы добавить входной порт c для внешних ограничительных границ.

Программируемое использование

Параметры блоков: external_c

Ввод: символьный вектор

Значения: 'off''on'

Значение по умолчанию: 'off'

`Use external source for upper bound` — Добавьте, что верхнее действие связало входной порт
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр, чтобы добавить входной порт umax для внешних верхних границ действия.

Программируемое использование

Параметры блоков: external_umax

Ввод: символьный вектор

Значения: 'off''on'

Значение по умолчанию: 'off'

`Use external source for lower bound` — Добавьте, что более низкое действие связало входной порт
от (значения по умолчанию) | на

Выберите этот параметр, чтобы добавить входной порт umin для внешних более низких границ действия.

Программируемое использование

Параметры блоков: external_umin

Ввод: символьный вектор

Значения: 'off''on'

Значение по умолчанию: 'off'

Блокируйте вкладку

`Sample time` — Шаг расчета оптимизации
0.1 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Задайте шаг расчета для выполнения оптимизации.

Программируемое использование

Параметры блоков: Ts

Ввод: символьный вектор

Значение по умолчанию: '0.1'

`Maximum iterations` — Максимальные итерации
200 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Задайте максимальное количество итераций оптимизации.

Программируемое использование

Параметры блоков: maxiter

Ввод: символьный вектор

Значение по умолчанию: '200'

`Constraint tolerance` — Допуск к нарушениям ограничений
`1e-6` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Задайте значение допуска для нарушений ограничений.

Программируемое использование

Параметры блоков: tol

Ввод: символьный вектор

Значение по умолчанию: '1e-6'

`Optimization status` — Состояние Optimization
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр, чтобы добавить выходной порт exitflag для состояния оптимизации решателя QP.

Программируемое использование

Параметры блоков: exitflag

Ввод: символьный вектор

Значения: 'off''on'

Значение по умолчанию: 'off'

`Ignore constraints when QP is infeasible` — Отключите ограничения, когда оптимизация будет неосуществима
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Когда вы выбираете этот параметр, если начальная проблема QP неосуществима, блок повторно выполняет оптимизацию с отключенными ограничениями.

Когда вы выбираете и этот параметр и Ignore action bounds when QP is infeasible, если начальная проблема QP неосуществима, блок выводит немодифицированный сигнал действия.

Программируемое использование

Параметры блоков: relax_c

Ввод: символьный вектор

Значения: 'off''on'

Значение по умолчанию: 'off'

`Ignore action bounds when QP is infeasible` — Отключите границы действия, когда оптимизация будет неосуществима
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Когда вы выбираете этот параметр, если начальная проблема QP неосуществима, блок повторно выполняет оптимизацию с отключенными границами действия.

Когда вы выбираете и этот параметр и Ignore constraints when QP is infeasible, если начальная проблема QP неосуществима, блок выводит немодифицированный сигнал действия.

Программируемое использование

Параметры блоков: relax_u

Ввод: символьный вектор

Значения: 'off''on'

Значение по умолчанию: 'off'

Примеры модели

Train Reinforcement Learning Agent with Constraint Enforcement

Обучите агента обучения с подкреплением с ограничительным осуществлением

Обучите агента обучения с подкреплением с действиями, ограниченными с помощью блока Constraint Enforcement.

Скрипт Open Live Script

Осуществите ограничения для ПИД-регуляторов

Примените известную ограничительную функцию к приложению управления ПИДа с помощью блока Constraint Enforcement.

Скрипт Open Live Script

Learn and Apply Constraints for PID Controllers

Изучите и примените ограничения для ПИД-регуляторов

Изучите и примените неизвестную ограничительную функцию для приложения управления ПИДа с помощью блока Constraint Enforcement.

Скрипт Open Live Script

Train RL Agent for Adaptive Cruise Control with Constraint Enforcement

Обучите агента RL адаптивному круиз-контролю с ограничительным осуществлением

Обучите агента обучения с подкреплением адаптивному круиз-контролю с вынужденными ограничениями на скорость и после расстояния.

Скрипт Open Live Script

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Блок Constraint Enforcement поддерживает генерацию кода для сигналов с двойной точностью только.

Смотрите также

Введенный в R2021a

Документация

Constraint Enforcement

Описание

Порты

Входной параметр

u0 — Управляйте действиями скаляр | вектор

fx — Ограничительный коэффициент смещения функции скаляр | вектор

gx — Ограничительная функция линейный коэффициент скаляр | вектор | матрица

c — Ограничительные границы скаляр | вектор

Зависимости

umax — Верхние границы сигнала действия скаляр | вектор

Зависимости

umin — Нижние границы сигнала действия скаляр | вектор

Зависимости

Вывод

u* — Модифицированное действие управления скаляр | вектор

exitflag — Состояние Optimization1 | 2 | 3 | 4 | 0 | отрицательное целое число

Зависимости

Параметры

Number of constraints — Количество ограничений1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Программируемое использование

Number of actions — Количество действий1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Программируемое использование

Constraint bound — Ограничительные границы0 (значение по умолчанию) | конечный скаляр | вектор

Зависимости

Программируемое использование

Use external source — Добавьте, что внешнее ограничение связало входной порт off (значение по умолчанию) | on

Программируемое использование

Use external source for upper bound — Добавьте, что верхнее действие связало входной порт off (значение по умолчанию) | on

Программируемое использование

Use external source for lower bound — Добавьте, что более низкое действие связало входной порт от (значения по умолчанию) | на

Программируемое использование

Sample time — Шаг расчета оптимизации0.1 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Программируемое использование

Maximum iterations — Максимальные итерации200 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Программируемое использование

Constraint tolerance — Допуск к нарушениям ограничений 1e-6 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Программируемое использование

Optimization status — Состояние Optimization off (значение по умолчанию) | on

Программируемое использование

Ignore constraints when QP is infeasible — Отключите ограничения, когда оптимизация будет неосуществима off (значение по умолчанию) | on

Программируемое использование

Ignore action bounds when QP is infeasible — Отключите границы действия, когда оптимизация будет неосуществима off (значение по умолчанию) | on

Программируемое использование

Примеры модели

Обучите агента обучения с подкреплением с ограничительным осуществлением

Осуществите ограничения для ПИД-регуляторов

Изучите и примените ограничения для ПИД-регуляторов

Обучите агента RL адаптивному круиз-контролю с ограничительным осуществлением

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

Документация Simulink Control Design

Поддержка

`u0` — Управляйте действиями
скаляр | вектор

`fx` — Ограничительный коэффициент смещения функции
скаляр | вектор

`gx` — Ограничительная функция линейный коэффициент
скаляр | вектор | матрица

`c` — Ограничительные границы
скаляр | вектор

`umax` — Верхние границы сигнала действия
скаляр | вектор

`umin` — Нижние границы сигнала действия
скаляр | вектор

`u*` — Модифицированное действие управления
скаляр | вектор

`exitflag` — Состояние Optimization
1 | 2 | 3 | 4 | 0 | отрицательное целое число

`Number of constraints` — Количество ограничений
1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

`Number of actions` — Количество действий
1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

`Constraint bound` — Ограничительные границы
0 (значение по умолчанию) | конечный скаляр | вектор

`Use external source` — Добавьте, что внешнее ограничение связало входной порт
`off` (значение по умолчанию) | `on`

`Use external source for upper bound` — Добавьте, что верхнее действие связало входной порт
`off` (значение по умолчанию) | `on`

`Use external source for lower bound` — Добавьте, что более низкое действие связало входной порт
от (значения по умолчанию) | на

`Sample time` — Шаг расчета оптимизации
0.1 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Maximum iterations` — Максимальные итерации
200 (значение по умолчанию) | положительное целое число

`Constraint tolerance` — Допуск к нарушениям ограничений
`1e-6` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

`Optimization status` — Состояние Optimization
`off` (значение по умолчанию) | `on`

`Ignore constraints when QP is infeasible` — Отключите ограничения, когда оптимизация будет неосуществима
`off` (значение по умолчанию) | `on`

`Ignore action bounds when QP is infeasible` — Отключите границы действия, когда оптимизация будет неосуществима
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.