带有终端约束的模型预测控制 代码

时间: 2023-09-19 09:12:17 浏览: 53
以下是一个简单的带有终端约束的模型预测控制(MPC)代码样例: ```python import numpy as np from scipy.optimize import minimize import matplotlib.pyplot as plt # 系统模型 def model(x, u): A = np.array([[1.01, 0.01], [0.01, 1.01]]) B = np.array([0.01, 0.03]) x_next = np.dot(A, x) + np.dot(B, u) return x_next # 预测模型 def predict(x0, u, N): x = np.zeros((N+1, 2)) x[0] = x0 for i in range(N): x[i+1] = model(x[i], u[i]) return x # 代价函数 def cost(u, x0, x_ref, Q, R, N): J = 0 x = predict(x0, u, N) for i in range(N): J += np.dot(np.dot(x[i] - x_ref, Q), x[i] - x_ref) + np.dot(np.dot(u[i], R), u[i]) return J # 约束条件 def constraint(u, x0, N): x = predict(x0, u, N) g = np.zeros(N) for i in range(N): g[i] = x[i+1, 0] - 1.0 return g # MPC控制器 def mpc_controller(x0, x_ref, Q, R, N, umax, umin): u0 = np.zeros(N) bounds = [(umin, umax) for i in range(N)] cons = [{'type': 'ineq', 'fun': constraint, 'args': (x0, N)}] res = minimize(cost, u0, args=(x0, x_ref, Q, R, N), bounds=bounds, constraints=cons) return res.x[0] # 模拟系统响应 def simulate_system(x0, x_ref, Q, R, N, umax, umin, T): x = np.zeros((T+1, 2)) u = np.zeros(T) x[0] = x0 for i in range(T): u[i] = mpc_controller(x[i], x_ref, Q, R, N, umax, umin) x[i+1] = model(x[i], u[i]) return x, u # 设置模拟参数 T = 20 N = 5 x0 = np.array([1.0, 1.0]) x_ref = np.array([0.0, 0.0]) Q = np.diag([1.0, 1.0]) R = np.diag([0.1]) umax = 1.0 umin = -1.0 # 模拟系统响应 x, u = simulate_system(x0, x_ref, Q, R, N, umax, umin, T) # 绘制系统响应 plt.subplot(2, 1, 1) plt.plot(x[:,0], 'r') plt.plot(np.ones(T+1), 'k--') plt.plot(np.ones(T+1) * x_ref[0], 'g--') plt.ylabel('x1') plt.subplot(2, 1, 2) plt.plot(u, 'b') plt.plot(np.ones(T) * umax, 'k--') plt.plot(np.ones(T) * umin, 'k--') plt.ylabel('u') plt.xlabel('Time') plt.show() ``` 这个代码演示了一个简单的MPC控制器,其中系统模型是一个二阶系统,代价函数是二次型形式,约束条件是终端约束。在模拟中,我们可以看到控制器成功地将系统从初始状态控制到了参考状态,并且在控制过程中保持了输入的约束条件。

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