c语言实现散热器mpc控制算法

MPC（Model Predictive Control）模型预测控制是一种广泛应用于工业控制领域的先进控制算法，它可以通过对系统模型的预测，实现对系统的控制。下面是一个简单的 C 语言实现散热器 MPC 控制算法的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define N 10  // 控制时域长度
#define M 3   // 控制输入维度
#define P 2   // 控制输出维度

// 系统模型
double A[N][N], B[N][M], C[P][N];
double x[N], u[M], y[P];

// MPC 参数
double Q[P][P] = {1, 0, 0, 1};  // 状态权重矩阵
double R[M][M] = {1, 0, 0, 1};  // 输入权重矩阵
double P[N][N];                 // 终端权重矩阵
double K[M][N];                 // 控制增益矩阵

// 计算控制增益矩阵
void calc_K()
{
    int i, j;
    double H[N+M][N+M], f[N+M], Aeq[P*(N+1)][N+M], beq[P*(N+1)];
    for (i = 0; i < N; i++) {
        for (j = 0; j < N; j++) {
            H[i][j] = 0;
            if (i == j) H[i][j] = 1;
            if (i >= P || j >= P) H[i][j] += Q[i-P][j-P];
        }
        for (j = 0; j < M; j++) {
            H[i][N+j] = 0;
            H[N+j][i] = 0;
        }
    }
    for (i = 0; i < M; i++) {
        for (j = 0; j < M; j++) {
            H[N+i][N+j] = R[i][j];
            if (i == j) H[N+i][N+j] += 1;
        }
    }
    for (i = 0; i < N; i++) {
        f[i] = 0;
        for (j = 0; j < P; j++) {
            f[i] -= Q[j][j] * x[i+j];
        }
    }
    for (i = 0; i < M; i++) {
        f[N+i] = u[i];
    }
    for (i = 0; i <= N; i++) {
        for (j = 0; j < P; j++) {
            Aeq[j+i*P][i+j] = 1;
            if (i < N) {
                Aeq[j+i*P][i+j+P] = -1;
                beq[j+i*P] = -C[j][i] * x[i];
            } else {
                beq[j+i*P] = -y[j];
            }
        }
    }
    quadprog_solve_qp(H, f, Aeq, beq, K);
}

// MPC 控制
void mpc_control()
{
    int i, j, k;
    double u0[M];
    for (i = 0; i < M; i++) u0[i] = u[i];
    for (k = 0; k < N; k++) {
        for (i = 0; i < P; i++) {
            y[i] = 0;
            for (j = 0; j < N; j++) {
                y[i] += C[i][j] * x[j];
            }
        }
        calc_K();
        for (i = 0; i < M; i++) {
            u[i] = u0[i];
            for (j = 0; j < N; j++) {
                u[i] -= K[i][j] * x[j];
            }
        }
        for (i = 0; i < M; i++) {
            if (u[i] < 0) u[i] = 0;
            if (u[i] > 1) u[i] = 1;
        }
        // 更新系统状态
        for (i = 0; i < N-1; i++) x[i] = x[i+1];
        for (i = 0; i < M; i++) x[N-1] += B[N-1][i] * u[i];
        for (i = 0; i < P; i++) x[N-1] += C[i][N-1] * y[i];
    }
}

int main()
{
    int i, j;
    // 初始化系统模型
    for (i = 0; i < N; i++) {
        for (j = 0; j < N; j++) {
            A[i][j] = 0;
            if (i == j) A[i][j] = 1;
            if (i < N-1 && j < M) B[i][j] = 0;
        }
    }
    for (i = 0; i < P; i++) {
        for (j = 0; j < N; j++) {
            C[i][j] = 0;
            if (i == 0 && j == N-1) C[i][j] = 1;
            if (i == 1 && j % 10 == 0) C[i][j] = 1;
        }
    }
    // 初始化状态和控制输入
    for (i = 0; i < N; i++) x[i] = 0;
    for (i = 0; i < M; i++) u[i] = 0.5;
    // 进行 MPC 控制
    mpc_control();
    return 0;
}

上述代码实现了一个简单的 MPC 控制算法，用于控制一个散热器的温度。该算法通过对系统模型的预测，计算出最优的控制输入，从而实现对系统的控制。在实际应用中，需要根据具体的系统模型和控制需求进行修改和扩展。