Constraint Enforcement

Измените действия управления, чтобы удовлетворить ограничениям и границам действия

Библиотека:
Simulink Control Design

Описание

Блок Constraint Enforcement вычисляет измененные действия управления, которые наиболее близки к заданным действиям управления, удовлетворяющим ограничениям и границам действия.

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

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 границей для функции ограничения.
u _min является нижней границей для действия управления.
u _max является верхней границей для действия управления.

Блок Constraint Enforcement требует программного обеспечения Optimization Toolbox™.

Дополнительные сведения о применении ограничений см. в разделе «Применение ограничений» для Системы управления.

Порты

Вход

расширить все

`u0` - Управление действиями
скалярный вектор |

Немодифицированные управляющие действия, заданные как скаляр или вектор.

Если параметр Number of actions 1соедините u0 с скалярным сигналом. В противном случае соедините u0 с сигналом вектора с длиной, равной Number of actions.

`fx` - Коэффициент смещения ограничительной функции
скалярный вектор |

Коэффициент смещения, _fx в следующем ограничительном уравнении.

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

Если параметр Number of constraints 1соедините fx с скалярным сигналом. В противном случае соедините fx с сигналом вектора с длиной, равной Number of constraints.

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

Линейный коэффициент, _gx в следующем ограничительном уравнении.

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

Соедините gx с сигналом _Nc -by Nu, где Nc равно параметру Number of constraints и Nu равно параметру Number of actions.

`c` - Ограничения
скалярный вектор |

Ограничение, связанное со временем выполнения, c в следующей функции ограничения.

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

Если параметр Number of constraints 1соедините c с скалярным сигналом. В противном случае соедините c с сигналом вектора с длиной, равной Number of constraints.

Если этот порт отключен, блок использует постоянные ограничения, заданные с помощью параметра Constraint bound.

Зависимости

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

`umax` - Верхние границы сигнала действия
скалярный вектор |

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

Если параметр Number of actions 1соедините umax с скалярным сигналом. В противном случае соедините umax с сигналом вектора 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
скалярный вектор |

Чтобы задать более низкие ограничения во время выполнения сигналов действия, включите этот входной порт. Если этот порт отключен, блок не применяет никаких нижних границ к действиям управления.

Если параметр Number of actions 1соедините umin с скалярным сигналом. В противном случае соедините umin с сигналом вектора с длиной, равной Number of actions.

Зависимости

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

Выход

расширить все

`u*` - Измененное действие управления
скалярный вектор |

Измененное действие управления, возвращаемое решателем QP.

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

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

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

Если параметр Number of actions 1, u* выводит скалярный сигнал. В противном случае u* выводит сигнал вектора с длиной, равной Number of actions.

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

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

Выходной флаг	Описание
`1`	Решатель сходился к оптимальному решению с активными всеми ограничениями и границами. В этом случае u* выводит оптимальные действия управления.
`2`	Начальная задача оптимизации была недопустима, и блок сконфигурирован, чтобы игнорировать все ограничения и ограничения. В этом случае u* выводит немодифицированную u0 действия управления.
`3`	Начальная задача оптимизации была недопустима. Блок перезапустил оптимизацию, игнорирующую границы действия, и нашел возможное решение, которое блок выводит в u*.
`4`	Начальная задача оптимизации была недопустима. Блок перезапустил оптимизацию, игнорируя ограничения и нашел возможное решение, которое блок выводит в u*.
`0`	Решатель достиг максимального количества итераций. Управляющие действия, выводимые в u*, могут быть неоптимальными.
отрицательное целое число	Начальная задача оптимизации была недопустима, и применяется один из следующих сценариев. Повторный запуск оптимизации без ограничений действия не дал возможного решения. Повторный запуск оптимизации без ограничений не дал возможного решения. Блок сконфигурирован так, чтобы не игнорировать ограничения и ограничения действия. В этом случае управляющие действия, выводимые в u*, равны нулю.

Зависимости

Чтобы включить этот выходной порт, выберите параметр Optimization status.

Параметры

расширить все

Вкладка « параметры»

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

Задайте количество ограничений, которые нужно применить.

Программное использование

Параметры блоков: nc

Тип: Вектор символов

По умолчанию: '1'

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

Задайте количество действий, которые нужно связать и оптимизировать.

Программное использование

Параметры блоков: nu

Тип: Вектор символов

По умолчанию: '1'

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

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

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

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, очистите параметр Use external source.

Программное использование

Параметры блоков: c

Тип: Вектор символов

По умолчанию: '0'

`Use external source` - Добавьте входной порт, привязанный к внешним ограничениям
`off` (по умолчанию) | `on`

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

Программное использование

Параметры блоков: external_c

Тип: Вектор символов

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

`Use external source for upper bound` - Добавьте верхний ограничивающий действие входной порт
`off` (по умолчанию) | `on`

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

Программное использование

Параметры блоков: external_umax

Тип: Вектор символов

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

`Use external source for lower bound` - Добавьте нижний ограничивающий действие входной порт
off (по умолчанию) | on

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

Программное использование

Параметры блоков: external_umin

Тип: Вектор символов

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

Блок»

`Sample time` - шаг расчета оптимизации
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Задайте шаг расчета для выполнения оптимизации.

Программное использование

Параметры блоков: Ts

Тип: Вектор символов

По умолчанию: '0.1'

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

Задайте максимальное количество итераций оптимизации.

Программное использование

Параметры блоков: maxiter

Тип: Вектор символов

По умолчанию: '200'

`Constraint tolerance` - Допуск на нарушения ограничений
`1e-6` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Задайте значение допуска для нарушений ограничений.

Программное использование

Параметры блоков: tol

Тип: Вектор символов

По умолчанию: '1e-6'

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

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

Программное использование

Параметры блоков: exitflag

Тип: Вектор символов

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

`Ignore constraints when QP is infeasible` - Отключить ограничения, когда оптимизация недопустима
`off` (по умолчанию) | `on`

Когда вы выбираете этот параметр, если начальная задача QP недопустима, блок перезапускает оптимизацию с отключенными ограничениями.

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

Программное использование

Параметры блоков: relax_c

Тип: Вектор символов

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

`Ignore action bounds when QP is infeasible` - Отключите ограничения действия, когда оптимизация недопустима
`off` (по умолчанию) | `on`

Когда вы выбираете этот параметр, если начальная задача QP недопустима, блок перезапускает оптимизацию с отключенными границами действия.

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

Программное использование

Параметры блоков: relax_u

Тип: Вектор символов

Значения: 'off''on'

По умолчанию: 'off'

Примеры моделей

Train Reinforcement Learning Agent with Constraint Enforcement

Настройте агента обучения с подкреплением с ограничениями

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

Открыть Live Script

Усиление ограничений для ПИД-регуляторов

Применить известную функцию ограничения к приложению управления ПИД с помощью блока Constraint Enforcement.

Открыть Live Script

Learn and Apply Constraints for PID Controllers

Изучение и применение ограничений для ПИД-регуляторов

Изучение и применение неизвестной функции ограничения для приложения управления ПИД с помощью блока Constraint Enforcement.

Открыть Live Script

Train RL Agent for Adaptive Cruise Control with Constraint Enforcement

Обучите агента RL для адаптивного круиз-контроля с ограничениями

Обучите агента обучения с подкреплением для адаптивного круиз-контроля с принудительными ограничениями скорости и последующего расстояния.

Открыть Live Script

Расширенные возможности

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

Блок Constraint Enforcement поддерживает генерацию кода только для сигналов двойной точности.

См. также

Введенный в R2021a

Документация

Constraint Enforcement

Описание

Порты

Вход

u0 - Управление действиями скалярный вектор |

fx - Коэффициент смещения ограничительной функции скалярный вектор |

gx - Линейный коэффициент ограничительной функции скаляр | вектор | матрица

c - Ограничения скалярный вектор |

Зависимости

umax - Верхние границы сигнала действия скалярный вектор |

Зависимости

umin - Нижние границы сигнала действия скалярный вектор |

Зависимости

Выход

u* - Измененное действие управления скалярный вектор |

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

Зависимости

Параметры

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

Программное использование

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

Программное использование

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

Зависимости

Программное использование

Use external source - Добавьте входной порт, привязанный к внешним ограничениям off (по умолчанию) | on

Программное использование

Use external source for upper bound - Добавьте верхний ограничивающий действие входной порт off (по умолчанию) | on

Программное использование

Use external source for lower bound - Добавьте нижний ограничивающий действие входной порт off (по умолчанию) | on

Программное использование

Sample time - шаг расчета оптимизации 0.1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Программное использование

Maximum iterations - Максимальные итерации 200 (по умолчанию) | положительное целое число

Программное использование

Constraint tolerance - Допуск на нарушения ограничений 1e-6 (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Программное использование

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

Программное использование

Ignore constraints when QP is infeasible - Отключить ограничения, когда оптимизация недопустима off (по умолчанию) | on

Программное использование

Ignore action bounds when QP is infeasible - Отключите ограничения действия, когда оптимизация недопустима off (по умолчанию) | on

Программное использование

Примеры моделей

Настройте агента обучения с подкреплением с ограничениями

Усиление ограничений для ПИД-регуляторов

Изучение и применение ограничений для ПИД-регуляторов

Обучите агента RL для адаптивного круиз-контроля с ограничениями

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simulink Control Design

Поддержка

`u0` - Управление действиями
скалярный вектор |

`fx` - Коэффициент смещения ограничительной функции
скалярный вектор |

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

`c` - Ограничения
скалярный вектор |

`umax` - Верхние границы сигнала действия
скалярный вектор |

`umin` - Нижние границы сигнала действия
скалярный вектор |

`u*` - Измененное действие управления
скалярный вектор |

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

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

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

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

`Use external source` - Добавьте входной порт, привязанный к внешним ограничениям
`off` (по умолчанию) | `on`

`Use external source for upper bound` - Добавьте верхний ограничивающий действие входной порт
`off` (по умолчанию) | `on`

`Use external source for lower bound` - Добавьте нижний ограничивающий действие входной порт
off (по умолчанию) | on

`Sample time` - шаг расчета оптимизации
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Constraint tolerance` - Допуск на нарушения ограничений
`1e-6` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

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

`Ignore constraints when QP is infeasible` - Отключить ограничения, когда оптимизация недопустима
`off` (по умолчанию) | `on`

`Ignore action bounds when QP is infeasible` - Отключите ограничения действия, когда оптимизация недопустима
`off` (по умолчанию) | `on`

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