Применение ограничений

Изменение управляющих действий в соответствии с ограничениями и границами действий

Библиотека:
Проект управления Simulink

Описание

Блок «Применение ограничений» вычисляет измененные управляющие действия, которые наиболее близки к указанным управляющим действиям, подчиненным ограничениям и границам действий.

Блок использует решатель квадратичного программирования (QP), чтобы найти управляющее действие u, которое минимизирует функцию ${| u_{−}}^{}$ u0 | 2. Здесь u0 - это немодифицированное действие управления.

Решатель применяет к задаче оптимизации следующие ограничения.

$\begin{array}{l} _{}_{} \\ _{}_{fx+gxu≤cumin≤u≤umax} \end{array}$

Здесь:

_fx и _gx - коэффициенты функции ограничения.
c - граница для функции ограничения.
umin является нижней границей для контрольного действия.
umax является верхней границей для контрольного действия.

Для блока «Применение ограничений» требуется программное обеспечение Optimization Toolbox™.

Дополнительные сведения о применении ограничений см. в разделе Применение ограничений для конструкции управления.

Порты

Вход

развернуть все

`u0` - Контрольные действия
скаляр | вектор

Немодифицированные действия управления, заданные как скаляр или вектор.

Если параметр Number of actions имеет значение 1, подключите u0 к скалярному сигналу. В противном случае подключите u0 к векторному сигналу длиной, равной числу действий.

`fx` - Коэффициент смещения функции ограничения
скаляр | вектор

Коэффициент смещения _fx в следующем уравнении ограничения.

$_{}_{} fx+gxu≤c$

Если параметр Number of constraints имеет значение 1, подключите fx к скалярному сигналу. В противном случае подключите fx к векторному сигналу длиной, равной числу ограничений.

`gx` - Линейный коэффициент функции ограничения
скаляр | вектор | матрица

Линейный коэффициент _gx в следующем уравнении ограничения.

$_{}_{} fx+gxu≤c$

Подключите gx к сигналу _Nc-by-Nu, где _Nc равен параметру Number of constraints, а _Nu равен параметру Number of actions.

`c` - Ограничения
скаляр | вектор

Ограничение времени выполнения c в следующей функции ограничения.

$_{}_{} fx+gxu≤c$

Если параметр Number of constraints имеет значение 1, подключите c к скалярному сигналу. В противном случае подключите c к векторному сигналу длиной, равной числу ограничений.

Если этот порт отключен, блок использует ограничения константы, заданные с помощью параметра «Ограничение».

Зависимости

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

`umax` - Верхние границы сигнала действия
скаляр | вектор

Чтобы задать верхние границы времени выполнения для сигналов действий, включите этот входной порт. Если этот порт отключен, блок не применяет верхние границы к действиям управления.

Если параметр Number of actions имеет значение 1, подключить umax к скалярному сигналу. В противном случае подключите umax к векторному сигналу длиной, равной числу действий.

Зависимости

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

`umin` - Нижние границы сигнала действия
скаляр | вектор

Чтобы задать нижние границы времени выполнения для сигналов действий, включите этот входной порт. Если этот порт отключен, блок не применяет нижние границы к действиям управления.

Если параметр Number of actions имеет значение 1, подключите umin к скалярному сигналу. В противном случае подключите umin к векторному сигналу длиной, равной числу действий.

Зависимости

Чтобы включить этот входной порт, выберите параметр Использовать внешний источник для нижней границы.

Продукция

развернуть все

`u*` - Измененное действие управления
скаляр | вектор

Измененное действие управления, возвращенное решателем QP.

Если решатель находит решение до достижения максимального числа итераций, u * выводит это оптимальное решение.

Если решатель достигает максимального числа итераций, оптимизация останавливается и u * выводит неоптимальное решение.

Если задача начальной оптимизации неосуществима, то возвращаемое действие управления зависит от того, настроен ли блок на игнорирование ограничений или ограничений действия. Дополнительные сведения см. в разделе параметр exitflag.

Если параметр Number of actions имеет значение 1, u * выводит скалярный сигнал. В противном случае u * выводит векторный сигнал длиной, равной числу действий.

`exitflag` - Состояние оптимизации
`1` | `2` | `3` | `4` | `0` | отрицательное целое число

Состояние оптимизации решателя QP. В следующей таблице показаны возможные значения статуса.

Флаг выхода	Описание
`1`	Решатель пришел к оптимальному решению с активными всеми ограничениями и границами. В этом случае u * выводит оптимальные управляющие действия.
`2`	Первоначальная задача оптимизации была неосуществима, и блок настроен на игнорирование всех ограничений и ограничений. В этом случае u * выводит немодифицированное управляющее действие u0.
`3`	Первоначальная задача оптимизации была неосуществима. Блок повторно выполняет оптимизацию, игнорируя границы действия, и находит осуществимое решение, которое блок выводит в u *.
`4`	Первоначальная задача оптимизации была неосуществима. Блок повторно выполняет оптимизацию, игнорируя ограничения, и находит осуществимое решение, которое блок выводит в u *.
`0`	Решатель достиг максимального количества итераций. Выходные данные управляющих действий в u * могут быть неоптимальными.
отрицательное целое число	Первоначальная задача оптимизации была неосуществима, и применим один из следующих сценариев. Повторный запуск оптимизации без ограничений действий не дал выполнимого решения. Повторное выполнение оптимизации без ограничений не дало выполнимого решения. Блок настроен так, чтобы не игнорировать ограничения и ограничения действий. В этом случае выходные значения управляющих действий в u * равны нулю.

Зависимости

Чтобы включить этот выходной порт, выберите параметр Optimization status.

Параметры

развернуть все

Вкладка «Параметры»

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

Укажите количество налагаемых ограничений.

Программное использование

Параметр блока: nc

Текст: символьный вектор

По умолчанию: '1'

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

Укажите количество привязываемых и оптимизируемых действий.

Программное использование

Параметр блока: nu

Текст: символьный вектор

По умолчанию: '1'

`Constraint bound` - Ограничения
`0` (по умолчанию) | конечный скаляр | вектор

Задание постоянных границ для ограничений. Если параметр Number of constraints имеет значение 1, укажите ограничение как конечный скаляр. В противном случае задайте ограничение как вектор конечного значения с длиной, равной числу ограничений.

Если ограничения изменяются во время выполнения, выберите параметр Use external source и подключите сигнал ограничения времени выполнения к входному порту c.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, снимите флажок Использовать параметр внешнего источника.

Программное использование

Параметр блока: c

Текст: символьный вектор

По умолчанию: '0'

`Use external source` - Добавить входной порт, связанный с внешним ограничением
`off` (по умолчанию) | `on`

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

Программное использование

Параметр блока: external_c

Текст: символьный вектор

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

`Use external source for upper bound` - Добавление входного порта, связанного с верхним действием
`off` (по умолчанию) | `on`

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

Программное использование

Параметр блока: external_umax

Текст: символьный вектор

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

`Use external source for lower bound` - Добавление входного порта, связанного с нижним действием
off (по умолчанию) | on

Выберите этот параметр для добавления входного порта umin для внешних нижних границ действия.

Программное использование

Параметр блока: external_umin

Текст: символьный вектор

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

Вкладка «Блок»

`Sample time` - Время выборки оптимизации
`0.1` (по умолчанию) | положительный скаляр

Укажите примерное время выполнения оптимизации.

Программное использование

Параметр блока: Ts

Текст: символьный вектор

По умолчанию: '0.1'

`Maximum iterations` - максимум итераций
`200` (по умолчанию) | положительное целое число

Укажите максимальное число итераций оптимизации.

Программное использование

Параметр блока: maxiter

Текст: символьный вектор

По умолчанию: '200'

`Constraint tolerance` - Допуск для нарушений ограничений
`1e-6` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Укажите значение допуска для нарушений ограничений.

Программное использование

Параметр блока: tol

Текст: символьный вектор

По умолчанию: '1e-6'

`Optimization status` - Состояние оптимизации
`off` (по умолчанию) | `on`

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

Программное использование

Параметр блока: exitflag

Текст: символьный вектор

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

`Ignore constraints when QP is infeasible` - Отключение ограничений при невозможности оптимизации
`off` (по умолчанию) | `on`

При выборе этого параметра, если начальная проблема QP неосуществима, блок повторно запускает оптимизацию с отключенными ограничениями.

При выборе этого параметра и границ действия Игнорировать (Ignore), когда QP неосуществим, если начальная проблема QP неосуществима, блок выдает немодифицированный сигнал действия.

Программное использование

Параметр блока: relax_c

Текст: символьный вектор

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

`Ignore action bounds when QP is infeasible` - Отключить ограничения действий, когда оптимизация неосуществима
`off` (по умолчанию) | `on`

При выборе этого параметра, если начальная проблема QP неосуществима, блок повторно запускает оптимизацию с отключенными границами действия.

При выборе этого параметра и ограничений Игнорировать (Ignore), когда QP неосуществим, если начальная проблема QP неосуществима, блок выдает немодифицированный сигнал действия.

Программное использование

Параметр блока: relax_u

Текст: символьный вектор

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

Примеры модели

Train Reinforcement Learning Agent with Constraint Enforcement

Обучение агента обучения усилению с применением ограничений

Обучение агента обучения усилению с помощью действий, ограниченных с помощью блока «Применение ограничений».

Открыть сценарий в реальном времени