用s-function一个系统的控制器以及自适应律,其中自适应律为向量形式,写一个实例

时间: 2023-06-13 13:03:06 浏览: 307
以下是一个使用S-Function实现控制器和自适应律的示例: ```matlab function [sys,x0,str,ts] = adaptive_control_sfun(t,x,u,flag,params) % ADAPTIVE_CONTROL_SFUN S-Function for a system with adaptive controller % and adaptive law % The system is described by the following differential equation: % % dx/dt = A*x + B*u % % The adaptive controller is given by: % % u = -K*xhat + r % % where K is the feedback gain matrix, xhat is the estimated state, % and r is the reference input. % % The adaptive law is given by: % % dtheta/dt = gamma*P'*xtilde % % where theta is the vector of adaptive parameters, P is a matrix of % regressor functions, xtilde is the tracking error, and gamma is a % positive constant. % % The adaptive parameters are updated by: % % theta = theta + dtheta*dt % % The regressor functions are given by: % % P = [phi1(x,u), phi2(x,u), ..., phim(x,u)] % % where phi1, phi2, ..., phim are basis functions. % % The S-Function takes the following inputs: % % u(1) - reference input r % u(2) - measured output y % % and generates the following outputs: % % y(1) - control input u % y(2) - estimated state xhat % % The S-Function has the following parameters: % % params.A - state matrix A % params.B - input matrix B % params.K - feedback gain matrix K % params.gamma - adaptation rate gamma % params.phi - basis function handle % params.theta0 - initial value of adaptive parameters % params.m - number of basis functions % params.n - number of states % % The S-Function has the following states: % % x(1:n) - state vector x % x(n+1:end) - adaptive parameters theta % % The S-Function is called with flag = 0 at initialization and with % flag = 2 at each simulation step. switch flag case 0 % Initialization [sys,x0,str,ts] = init(params); case 2 % Simulation step sys = step(t,x,u,params); case 3 % Output sizing sys = sizes(params); case {1,4,9} % Unused flags sys = []; otherwise % Error handling error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]); end function [sys,x0,str,ts] = init(params) % Initialization function % % The initial state is set to zero, and the initial value of the % adaptive parameters is set to theta0. n = params.n; % number of states m = params.m; % number of basis functions % Initialize state vector x to zero x0 = zeros(n+m,1); % Initialize adaptive parameters to theta0 x0(n+1:end) = params.theta0; % Return system sizes sizes(params); % call sizing function % Set sample time ts = [params.dt 0]; % Set state derivatives to zero str = []; % Set output vector to empty sys = []; function sys = step(t,x,u,params) % Simulation step function % % The state derivatives are computed using the system equations. % The control input is computed using the estimated state and the % feedback gain matrix. The tracking error is computed using the % reference input and the measured output. The regressor functions % are computed using the current state and input. The adaptive law % is computed using the tracking error and the regressor functions. % The adaptive parameters are updated using the adaptive law. % % The estimated state and control input are returned as outputs. n = params.n; % number of states m = params.m; % number of basis functions % Extract input values r = u(1); % reference input y = u(2); % measured output % Extract state and adaptive parameter vectors xhat = x(1:n); % estimated state theta = x(n+1:end); % adaptive parameters % Extract system matrices and vectors A = params.A; B = params.B; K = params.K; gamma = params.gamma; phi = params.phi; % Compute state derivatives xdot = A*xhat + B*(-K*xhat + r); % Compute control input u = -K*xhat + r; % Compute tracking error xtilde = xhat - y; % Compute regressor functions P = zeros(m,1); for i = 1:m P(i) = phi{i}(xhat,u); end % Compute adaptive law dtheta = gamma*P'*xtilde; % Update adaptive parameters theta = theta + dtheta*params.dt; % Update estimated state xhat = xhat + xdot*params.dt; % Update state vector x = [xhat;theta]; % Set output vector sys = [u;xhat]; function sys = sizes(params) % Output sizing function % % The output vector has two elements: the control input and the % estimated state. n = params.n; % number of states % Set output vector sizes sys = [2,1,n]; function phi = basis_functions() % Basis function definition % % This function defines the basis functions used in the adaptive law. % In this example, we use a set of radial basis functions. phi = {... @(x,u) exp(-norm(x)^2),... @(x,u) exp(-norm(x-u)^2),... @(x,u) exp(-norm(x+u)^2),... @(x,u) exp(-norm(x-2*u)^2),... @(x,u) exp(-norm(x+2*u)^2)... }; end % Define system parameters A = [0 1; -1 0]; B = [0; 1]; K = [1 0]; gamma = 0.1; phi = basis_functions(); theta0 = [1; 1; 1; 1; 1]; m = length(phi); n = size(A,1); dt = 0.1; % Define parameter struct params.A = A; params.B = B; params.K = K; params.gamma = gamma; params.phi = phi; params.theta0 = theta0; params.m = m; params.n = n; params.dt = dt; % Simulate system using S-Function sim('adaptive_control_sfun',[0 10],[],params); % Plot results t = ans.tout; u = ans.u; xhat = ans.xhat; subplot(2,1,1); plot(t,u); xlabel('Time (s)'); ylabel('Control input'); subplot(2,1,2); plot(t,xhat); xlabel('Time (s)'); ylabel('Estimated state'); ``` 此示例实现了一个二阶系统的自适应控制器和自适应律,其中自适应律为向量形式。该系统由以下微分方程描述: $$\frac{d}{dt}\begin{bmatrix}x_1\\x_2\end{bmatrix} = \begin{bmatrix}0&1\\-1&0\end{bmatrix}\begin{bmatrix}x_1\\x_2\end{bmatrix} + \begin{bmatrix}0\\1\end{bmatrix}u$$ 自适应控制器由以下控制律描述: $$u = -K\hat{x} + r$$ 其中$K$是反馈增益矩阵,$\hat{x}$是估计的状态,$r$是参考输入。 自适应律由以下微分方程描述: $$\frac{d}{dt}\theta = \gamma P^T\tilde{x}$$ 其中$\theta$是自适应参数向量,$P$是回归函数矩阵,$\tilde{x}$是跟踪误差,$\gamma$是正常数。自适应参数通过以下更新方程进行更新: $$\theta = \theta + \frac{d\theta}{dt}\Delta t$$ 回归函数由以下基函数定义: $$\begin{aligned}\phi_1(x,u) &= \exp(-||x||^2)\\\phi_2(x,u) &= \exp(-||x-u||^2)\\\phi_3(x,u) &= \exp(-||x+u||^2)\\\phi_4(x,u) &= \exp(-||x-2u||^2)\\\phi_5(x,u) &= \exp(-||x+2u||^2)\end{aligned}$$ 在S-Function中,我们使用以下参数传递系统参数: ```matlab % Define system parameters A = [0 1; -1 0]; B = [0; 1]; K = [1 0]; gamma = 0.1; phi = basis_functions(); theta0 = [1; 1; 1; 1; 1]; m = length(phi); n = size(A,1); dt = 0.1; % Define parameter struct params.A = A; params.B = B; params.K = K; params.gamma = gamma; params.phi = phi; params.theta0 = theta0; params.m = m; params.n = n; params.dt = dt; ``` 其中`basis_functions`函数定义了基函数集合。 在S-Function的`init`函数中,我们将状态向量`x`初始化为零,并将自适应参数向量初始化为给定的初始值。 ```matlab function [sys,x0,str,ts] = init(params) % Initialization function % % The initial state is set to zero, and the initial value of the % adaptive parameters is set to theta0. n = params.n; % number of states m = params.m; % number of basis functions % Initialize state vector x to zero x0 = zeros(n+m,1); % Initialize adaptive parameters to theta0 x0(n+1:end) = params.theta0; % Return system sizes sizes(params); % call sizing function % Set sample time ts = [params.dt 0]; % Set state derivatives to zero str = []; % Set output vector to empty sys = []; ``` 在S-Function的`step`函数中,我们使用系统方程计算状态导数,使用估计状态和反馈增益矩阵计算控制输入,使用参考输入和测量输出计算跟踪误差,使用当前状态和输入计算回归函数,使用跟踪误差和回归函数计算自适应律,使用自适应律更新自适应参数,使用状态导数更新估计状态。 ```matlab function sys = step(t,x,u,params) % Simulation step function % % The state derivatives are computed using the system equations. % The control input is computed using the estimated state and the % feedback gain matrix. The tracking error is computed using the % reference input and the measured output. The regressor functions % are computed using the current state and input. The adaptive law % is computed using the tracking error and the regressor functions. % The adaptive parameters are updated using the adaptive law. % % The estimated state and control input are returned as outputs. n = params.n; % number of states m = params.m; % number of basis functions % Extract input values r = u(1); % reference input y = u(2); % measured output % Extract state and adaptive parameter vectors xhat = x(1:n); % estimated state theta = x(n+1:end); % adaptive parameters % Extract system matrices and vectors A = params.A; B = params.B; K = params.K; gamma = params.gamma; phi = params.phi; % Compute state derivatives xdot = A*xhat + B*(-K*xhat + r); % Compute control input u = -K*xhat + r; % Compute tracking error xtilde = xhat - y; % Compute regressor functions P = zeros(m,1); for i = 1:m P(i) = phi{i}(xhat,u); end % Compute adaptive law dtheta = gamma*P'*xtilde; % Update adaptive parameters theta = theta + dtheta*params.dt; % Update estimated state xhat = xhat + xdot*params.dt; % Update state vector x = [xhat;theta]; % Set output vector sys = [u;xhat]; ``` 最后,我们使用S-Function进行仿真,并绘制结果。 ```matlab % Simulate system using S-Function sim('adaptive_control_sfun',[0 10],[],params); % Plot results t = ans.tout; u = ans.u; xhat = ans.xhat; subplot(2,1,1); plot(t,u); xlabel('Time (s)'); ylabel('Control input'); subplot(2,1,2); plot(t,xhat); xlabel('Time (s)'); ylabel('Estimated state'); ``` 此示例演示了如何使用S-Function实现具有向量形式自适应律的控制器。
阅读全文

相关推荐

最新推荐

recommend-type

《MATLAB的S-Function编写指导》——完整版.pdf

S-Function在其中扮演的角色是提供一个用户自定义的计算引擎,可以扩展Simulink的内置功能,满足特定需求。 接着,解释了什么是S-Function。S-Function是Simulink中的特殊函数,它允许用户定义自己的系统行为,可以...
recommend-type

iframe高度自适应及隐藏滚动条的实例详解

在网页开发中,`iframe` 是一个非常有用的元素,它允许我们将一个网页嵌入到另一个网页中。然而,`iframe` 的使用往往伴随着一些问题,比如高度无法自适应和滚动条显示的问题。以下是对这两个问题的详细解释和解决...
recommend-type

C#ASP.NET网络进销存管理系统源码数据库 SQL2008源码类型 WebForm

ASP.NET网络进销存管理系统源码 内含一些新技术的使用,使用的是VS .NET 2008平台采用标准的三层架构设计,采用流行的AJAX技术 使操作更加流畅,统计报表使用FLASH插件美观大方专业。适合二次开发类似项目使用,可以节省您 开发项目周期,源码统计报表部分需要自己将正常功能注释掉的源码手工取消掉注释。这是我在调试程 序时留下的。也是上传源码前的疏忽。 您下载后可以用VS2008直接打开将注释取消掉即可正常使用。 技术特点:1、采用目前最流行的.net技术实现。2、采用B/S架构,三层无限量客户端。 3、配合SQLServer2005数据库支持 4、可实现跨越地域和城市间的系统应用。 5、二级审批机制,简单快速准确。 6、销售功能手写AJAX无刷新,快速稳定。 7、统计报表采用Flash插件美观大方。8、模板式开发,能够快速进行二次开发。权限、程序页面、 基础资料部分通过后台数据库直接维护,可单独拿出继续开发其他系统 9、数据字典,模块架构图,登录页面和主页的logo图片 分别放在DOC PSD 文件夹中
recommend-type

平尾装配工作平台运输支撑系统设计与应用

资源摘要信息:"该压缩包文件名为‘行业分类-设备装置-用于平尾装配工作平台的运输支撑系统.zip’,虽然没有提供具体的标签信息,但通过文件标题可以推断出其内容涉及的是航空或者相关重工业领域内的设备装置。从标题来看,该文件集中讲述的是有关平尾装配工作平台的运输支撑系统,这是一种专门用于支撑和运输飞机平尾装配的特殊设备。 平尾,即水平尾翼,是飞机尾部的一个关键部件,它对于飞机的稳定性和控制性起到至关重要的作用。平尾的装配工作通常需要在一个特定的平台上进行,这个平台不仅要保证装配过程中平尾的稳定,还需要适应平尾的搬运和运输。因此,设计出一个合适的运输支撑系统对于提高装配效率和保障装配质量至关重要。 从‘用于平尾装配工作平台的运输支撑系统.pdf’这一文件名称可以推断,该PDF文档应该是详细介绍这种支撑系统的构造、工作原理、使用方法以及其在平尾装配工作中的应用。文档可能包括以下内容: 1. 支撑系统的设计理念:介绍支撑系统设计的基本出发点,如便于操作、稳定性高、强度大、适应性强等。可能涉及的工程学原理、材料学选择和整体结构布局等内容。 2. 结构组件介绍:详细介绍支撑系统的各个组成部分,包括支撑框架、稳定装置、传动机构、导向装置、固定装置等。对于每一个部件的功能、材料构成、制造工艺、耐腐蚀性以及与其他部件的连接方式等都会有详细的描述。 3. 工作原理和操作流程:解释运输支撑系统是如何在装配过程中起到支撑作用的,包括如何调整支撑点以适应不同重量和尺寸的平尾,以及如何进行运输和对接。操作流程部分可能会包含操作步骤、安全措施、维护保养等。 4. 应用案例分析:可能包含实际操作中遇到的问题和解决方案,或是对不同机型平尾装配过程的支撑系统应用案例的详细描述,以此展示系统的实用性和适应性。 5. 技术参数和性能指标:列出支撑系统的具体技术参数,如载重能力、尺寸规格、工作范围、可调节范围、耐用性和可靠性指标等,以供参考和评估。 6. 安全和维护指南:对于支撑系统的使用安全提供指导,包括操作安全、应急处理、日常维护、定期检查和故障排除等内容。 该支撑系统作为专门针对平尾装配而设计的设备,对于飞机制造企业来说,掌握其详细信息是提高生产效率和保障产品质量的重要一环。同时,这种支撑系统的设计和应用也体现了现代工业在专用设备制造方面追求高效、安全和精确的趋势。"
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

MATLAB遗传算法探索:寻找随机性与确定性的平衡艺术

![MATLAB多种群遗传算法优化](https://img-blog.csdnimg.cn/39452a76c45b4193b4d88d1be16b01f1.png) # 1. 遗传算法的基本概念与起源 遗传算法(Genetic Algorithm, GA)是一种模拟自然选择和遗传学机制的搜索优化算法。起源于20世纪60年代末至70年代初,由John Holland及其学生和同事们在研究自适应系统时首次提出,其理论基础受到生物进化论的启发。遗传算法通过编码一个潜在解决方案的“基因”,构造初始种群,并通过选择、交叉(杂交)和变异等操作模拟生物进化过程,以迭代的方式不断优化和筛选出最适应环境的
recommend-type

如何在S7-200 SMART PLC中使用MB_Client指令实现Modbus TCP通信?请详细解释从连接建立到数据交换的完整步骤。

为了有效地掌握S7-200 SMART PLC中的MB_Client指令,以便实现Modbus TCP通信,建议参考《S7-200 SMART Modbus TCP教程:MB_Client指令与功能码详解》。本教程将引导您了解从连接建立到数据交换的整个过程,并详细解释每个步骤中的关键点。 参考资源链接:[S7-200 SMART Modbus TCP教程:MB_Client指令与功能码详解](https://wenku.csdn.net/doc/119yes2jcm?spm=1055.2569.3001.10343) 首先,确保您的S7-200 SMART CPU支持开放式用户通
recommend-type

MAX-MIN Ant System:用MATLAB解决旅行商问题

资源摘要信息:"Solve TSP by MMAS: Using MAX-MIN Ant System to solve Traveling Salesman Problem - matlab开发" 本资源为解决经典的旅行商问题(Traveling Salesman Problem, TSP)提供了一种基于蚁群算法(Ant Colony Optimization, ACO)的MAX-MIN蚁群系统(MAX-MIN Ant System, MMAS)的Matlab实现。旅行商问题是一个典型的优化问题,要求找到一条最短的路径,让旅行商访问每一个城市一次并返回起点。这个问题属于NP-hard问题,随着城市数量的增加,寻找最优解的难度急剧增加。 MAX-MIN Ant System是一种改进的蚁群优化算法,它在基本的蚁群算法的基础上,对信息素的更新规则进行了改进,以期避免过早收敛和局部最优的问题。MMAS算法通过限制信息素的上下界来确保算法的探索能力和避免过早收敛,它在某些情况下比经典的蚁群系统(Ant System, AS)和带有局部搜索的蚁群系统(Ant Colony System, ACS)更为有效。 在本Matlab实现中,用户可以通过调用ACO函数并传入一个TSP问题文件(例如"filename.tsp")来运行MMAS算法。该问题文件可以是任意的对称或非对称TSP实例,用户可以从特定的网站下载多种标准TSP问题实例,以供测试和研究使用。 使用此资源的用户需要注意,虽然该Matlab代码可以免费用于个人学习和研究目的,但若要用于商业用途,则需要联系作者获取相应的许可。作者的电子邮件地址为***。 此外,压缩包文件名为"MAX-MIN%20Ant%20System.zip",该压缩包包含Matlab代码文件和可能的示例数据文件。用户在使用之前需要将压缩包解压,并将文件放置在Matlab的适当工作目录中。 为了更好地理解和应用该资源,用户应当对蚁群优化算法有初步了解,尤其是对MAX-MIN蚁群系统的基本原理和运行机制有所掌握。此外,熟悉Matlab编程环境和拥有一定的编程经验将有助于用户根据个人需求修改和扩展算法。 在实际应用中,用户可以根据问题规模调整MMAS算法的参数,如蚂蚁数量、信息素蒸发率、信息素增量等,以获得最优的求解效果。此外,也可以结合其他启发式或元启发式算法,如遗传算法、模拟退火等,来进一步提高算法的性能。 总之,本资源为TSP问题的求解提供了一种有效的算法框架,且Matlab作为编程工具的易用性和强大的计算能力,使得该资源成为算法研究人员和工程技术人员的有力工具。通过本资源的应用,用户将能够深入探索并实现蚁群优化算法在实际问题中的应用,为解决复杂的优化问题提供一种新的思路和方法。
recommend-type

"互动学习:行动中的多样性与论文攻读经历"

多样性她- 事实上SCI NCES你的时间表ECOLEDO C Tora SC和NCESPOUR l’Ingén学习互动,互动学习以行动为中心的强化学习学会互动,互动学习,以行动为中心的强化学习计算机科学博士论文于2021年9月28日在Villeneuve d'Asq公开支持马修·瑟林评审团主席法布里斯·勒菲弗尔阿维尼翁大学教授论文指导奥利维尔·皮耶昆谷歌研究教授:智囊团论文联合主任菲利普·普雷教授,大学。里尔/CRISTAL/因里亚报告员奥利维耶·西格德索邦大学报告员卢多维奇·德诺耶教授,Facebook /索邦大学审查员越南圣迈IMT Atlantic高级讲师邀请弗洛里安·斯特鲁布博士,Deepmind对于那些及时看到自己错误的人...3谢谢你首先,我要感谢我的两位博士生导师Olivier和Philippe。奥利维尔,"站在巨人的肩膀上"这句话对你来说完全有意义了。从科学上讲,你知道在这篇论文的(许多)错误中,你是我可以依
recommend-type

【实战指南】MATLAB自适应遗传算法调整:优化流程全掌握

![MATLAB多种群遗传算法优化](https://img-blog.csdnimg.cn/39452a76c45b4193b4d88d1be16b01f1.png) # 1. 遗传算法基础与MATLAB环境搭建 遗传算法(Genetic Algorithm, GA)是模拟生物进化过程的搜索启发式算法,它使用类似自然选择和遗传学的原理在潜在解空间中搜索最优解。在MATLAB中实现遗传算法需要先搭建合适的环境,设置工作路径,以及了解如何调用和使用遗传算法相关的函数和工具箱。 ## 1.1 遗传算法简介 遗传算法是一种全局优化算法,它的特点是不依赖于问题的梯度信息,适用于搜索复杂、多峰等难