NMPC控制器的simulink实例

NMPC（非线性模型预测控制）是一种高级控制方法，可以处理多变量、非线性和约束问题。在Simulink中实现NMPC控制器需要以下步骤：

1. 建立非线性动态系统模型，并将其转换为离散时间的状态空间模型。

2. 使用NMPC算法对状态空间模型进行控制设计，生成控制器代码。

3. 在Simulink中导入生成的控制器代码，并将其与系统模型进行集成。

4. 通过仿真和实验验证NMPC控制器的性能和鲁棒性。

以下是一个基于Simulink的NMPC控制器实例，用于控制一个非线性水箱系统：

1. 建立非线性水箱系统的动态模型，包括水箱的液位和水流的动态方程。

2. 将非线性动态模型转换为离散时间的状态空间模型，其中状态向量包括液位和水流。

3. 使用NMPC算法进行控制设计，生成MATLAB函数脚本。

4. 在Simulink中导入NMPC控制器脚本，将其与非线性水箱系统模型进行集成。

5. 进行仿真实验，验证NMPC控制器的性能和鲁棒性。

需要注意的是，NMPC控制器的性能和鲁棒性取决于模型的准确性和控制参数的选择。因此，在实际应用中，需要进行调试和优化，以实现最佳控制效果。

相关问题

NMPC控制器的simulink实例及其代码

以下是一个基于Simulink的NMPC控制器实例，用于控制一个非线性水箱系统：

1. 建立非线性水箱系统的动态模型，包括水箱的液位和水流的动态方程。

% Nonlinear Water Tank Model
function [xdot, y] = NonlinearWaterTankModel(x, u, Ts)
% System Parameters
A1 = 0.5; A2 = 0.5; g = 9.81;
% State Equations
h1dot = (1/A1)*u - (1/A1)*sqrt(2*g)*sqrt(x(1));
h2dot = (1/A2)*sqrt(2*g)*sqrt(x(1)) - (1/A2)*sqrt(2*g)*sqrt(x(2));
% State Vector
xdot = [h1dot; h2dot];
% Output Equation
y = [x(1); x(2)];
end

2. 将非线性动态模型转换为离散时间的状态空间模型，其中状态向量包括液位和水流。

% Discretized State-Space Model
sys = c2d(@(x,u) NonlinearWaterTankModel(x,u,Ts),Ts);
A = sys.A; B = sys.B; C = sys.C; D = sys.D;

3. 使用NMPC算法进行控制设计，生成MATLAB函数脚本。

% Nonlinear MPC Controller
import casadi.*
% System Parameters
A1 = 0.5; A2 = 0.5; g = 9.81;
% Control Horizon
N = 10; Ts = 0.1;
% Prediction Horizon
T = N*Ts;
% State and Control Variables
x = MX.sym('x',2);
u = MX.sym('u');
% Initial State
x0 = MX.sym('x0',2);
% Reference Trajectory
r = MX.sym('r',2);
% Objective Function
J = 0;
% State Constraints
g = [];
% Control Constraints
h = [];
% NMPC Loop
for k = 1:N
    % Construct the State Prediction
    xk = x;
    for j = 1:k
        xk = xk + Ts*(A*xk + B*u);
    end
    % Construct the Objective Function
    ek = xk - r;
    J = J + ek.'*ek;
    % Construct the State Constraints
    g = [g; xk(1) >= 0; xk(2) >= 0];
    % Construct the Control Constraints
    h = [h; u >= 0.1; u <= 1];
end
% Construct the NMPC Controller
nlp = struct('x',vertcat(x,u),'f',J,'g',vertcat(g,h));
solver = nlpsol('solver','ipopt',nlp);
% NMPC Function
function [u, cost] = NonlinearMPC(x0,r)
% Construct the NMPC Constraints
args = struct;
args.lbg = 0;
args.ubg = 0;
args.lbx = [-inf;-inf;0.1];
args.ubx = [inf;inf;1];
args.x0 = [x0;0.1];
args.p = r;
% Solve the NMPC Problem
res = solver(args);
% Extract the Control Input
u = full(res.x(end));
% Extract the Cost Function
cost = full(res.f);
end

4. 在Simulink中导入NMPC控制器脚本，将其与非线性水箱系统模型进行集成。

<img src="https://img-blog.csdn.net/20160430144044456" width="600">

其中，NMPC控制器的代码可以在MATLAB Function模块中实现。

5. 进行仿真实验，验证NMPC控制器的性能和鲁棒性。

以下是完整的Simulink模型和NMPC控制器的代码：

Simulink模型：

<img src="https://img-blog.csdn.net/20160430144106894" width="600">

NMPC控制器代码：

% Nonlinear MPC Controller
import casadi.*
% System Parameters
A1 = 0.5; A2 = 0.5; g = 9.81;
% Control Horizon
N = 10; Ts = 0.1;
% Prediction Horizon
T = N*Ts;
% State and Control Variables
x = MX.sym('x',2);
u = MX.sym('u');
% Initial State
x0 = MX.sym('x0',2);
% Reference Trajectory
r = MX.sym('r',2);
% Objective Function
J = 0;
% State Constraints
g = [];
% Control Constraints
h = [];
% NMPC Loop
for k = 1:N
    % Construct the State Prediction
    xk = x;
    for j = 1:k
        xk = xk + Ts*(A*xk + B*u);
    end
    % Construct the Objective Function
    ek = xk - r;
    J = J + ek.'*ek;
    % Construct the State Constraints
    g = [g; xk(1) >= 0; xk(2) >= 0];
    % Construct the Control Constraints
    h = [h; u >= 0.1; u <= 1];
end
% Construct the NMPC Controller
nlp = struct('x',vertcat(x,u),'f',J,'g',vertcat(g,h));
solver = nlpsol('solver','ipopt',nlp);
% NMPC Function
function [u, cost] = NonlinearMPC(x0,r)
% Construct the NMPC Constraints
args = struct;
args.lbg = 0;
args.ubg = 0;
args.lbx = [-inf;-inf;0.1];
args.ubx = [inf;inf;1];
args.x0 = [x0;0.1];
args.p = r;
% Solve the NMPC Problem
res = solver(args);
% Extract the Control Input
u = full(res.x(end));
% Extract the Cost Function
cost = full(res.f);
end