计算机控制系统课程设计研究报告
实验名称：模型预测控制 姓名：张欣瑶 学号：12101010104 班级：自12-1
日期：2015/12/29
一、实验目的
1，了解熟悉MATLAB仿真软件的基本操作方法。 2，学会使用模型预测控制器解决问题。 3、掌握模型预测控制原理及结构。
二、实验内容
在MATLAB仿真软件环境下，运用模型控制系统构造伺服控制器。在Simulink中对输入量以及输出量进行检测，调试并确保系统运行时，输出量的值在规定范围内，并且跟踪良好。
三、实验原理 1、伺服机构
上图为位置伺服机构系统结构图，该系统由直流电机、变速箱、弹性轴和负载组成。
该伺服机构的微分方程式为：
上述方程式中，V为施加电压，T为负载上的力矩，ΩL为负载角速度，ΩM为电机轴角速度。
伺服系统模型参数如下图：
（注：此表从上至下符号依次为：扭转刚度，电机常数，电机惯量，负载惯量，齿轮比，电机粘滞摩擦系数，负载粘滞摩擦系数，电枢电阻）
2、控制器目标以及限制
控制器必须设置负载的角度位置ΩL，通过调整所施加的电压V的唯一可用的测量反馈是ΩL。
弹性轴具有有限的抗剪强度，所以在规定的范围内即必须保持扭矩T的绝对值小于等于78.5Nm。
此外，所施加的电压必须保持在范围内即V的绝对值小于等于220V。 该系统有一个输入量V，有两个输出量，其中一个可测并且反馈到控制器为ΩL，另一个为不可测的Nm。
3、MPC控制器
主要包括内部模型、反馈校正、滚动优化和参数输入轨迹等几个部分。它采用基于脉冲响应的非参数模型作为内部模型，用过去和未来的输入输出状态，根据内部模型，预测系统未来的输出状态。经过用模型输出误差进行反馈校正以后，再与参考轨迹进行比较，应用二次型性能指标进行滚动、优化，然后再计算当前时刻加于系统的控制，完成整个动作循环。
三、实验步骤
1、首先创建系统模型说明。这个定义的变量系统在MATLAB的工作空间。模型说明如下： MPC对象字段定义 mpcmotormodel
clear ManipulatedVariables OutputVariables
ManipulatedVariables=struct('Min',umin,'Max',umax,'Units','V'); OutputVariables(1)=struct('Min',-Inf,'Max',Inf,'Units','rad'); OutputVariables(2)=struct('Min',Vmin,'Max',Vmax,'Units','Nm'); Weights=struct('Input',uweight,'InputRate',duweight,'Output',yweight); clear Model Model.Plant=sys;
Model.Plant.OutputGroup={1 'Measured';2 'Unmeasured'}; PredictionHorizon=10; ControlHorizon=2; 创建工作区MPC对象
ServoMPC=mpc(Model,Ts,PredictionHorizon,ControlHorizon); ServoMPC.Weights=Weights;
ServoMPC.ManipulatedVariables=ManipulatedVariables;
ServoMPC.OutputVariables=OutputVariables; 仿真模拟
disp('Now simulating nominal closed-loop behavior'); Tf=round(Tstop/Ts); r=pi*ones(Tf,2);
[y1,t1,u1,xp1,xmpc1]=sim(ServoMPC,Tf,r); 情节结果 subplot(311) stairs(t1,y1(:,1)); hold on stairs(t1,r(:,1)); hold off
title('Angular Position') subplot(312) stairs(t1,u1); title('Voltage') subplot(313) stairs(t1,y1(:,2)); title('Torque') 模拟仿真
if license('test','Simulink') mpc_motor
计算机控制系统课程设计.
