Simulink優(yōu)化工具箱入門案例演示

1、Simulink 優(yōu)化工具箱Simulink 優(yōu)化工具箱有五個基本功能:1. 參數(shù)校準2. 系統(tǒng)響應優(yōu)化3. 優(yōu)化靈敏度分析4. 基于優(yōu)化技術(shù)的控制系統(tǒng)設計5. 自動生成查表表格通常來說靈敏度分析是說系統(tǒng)各個不確定性源對系統(tǒng)輸出的影響。 在優(yōu)化工具箱里所進行的 優(yōu)化靈敏度分析是指各個優(yōu)化參數(shù)對優(yōu)化目標的 cost function的影響。所以可以在優(yōu)化之前進 行靈敏度分析,評價各個參數(shù)對優(yōu)化目標的權(quán)重。還可以在優(yōu)化之后,分析優(yōu)化結(jié)果對優(yōu)化參 數(shù)的魯棒性?；趦?yōu)化技術(shù)的控制系統(tǒng)設計其實也就是優(yōu)化控制參數(shù)。下面舉例來說明 參數(shù)校準,系統(tǒng)響應優(yōu)化 以及 自動生成查表表格 。參數(shù)校準顧名思義,也就是使

2、用參考數(shù)據(jù)來自動估算模型的參數(shù)或者仿真初始狀態(tài)。1.模型打開這個內(nèi)置模型 msd_system。 示波器 Positions 里顯示三路信號:當前仿真信號 pos ,第一次實驗結(jié)果 exp1,第二次實驗結(jié) 果 exp2。這里的 m,b,k 是保存在模型的 workspace(注意不是 base workspace,而是 model workspace。 2.初步估算我們現(xiàn)在來利用實驗結(jié)果來自動估算 m,k,b 的值。雙擊模型左下角的橘紅色模塊,打開預先配置好的參數(shù)估算頁面。點擊視圖標簽頁調(diào)整為左右布局,如下圖,同時顯示兩次的實驗結(jié)果。 點擊紅圈內(nèi)的圖標,把當前的仿真結(jié)果也同時顯示在兩張圖上,如

3、下圖。 點擊 Select Parameters,看到已選中的估算的參數(shù)及其初始值: 點擊 Select Experiments,選擇同時使用這兩組已經(jīng)導進來的實驗數(shù)據(jù)進行參數(shù)估算(如何導 入實驗數(shù)據(jù)參見后面的自動生成查表表格案例 :Cost Function,可以看到還可以選擇絕對值誤差。More Option菜單頁,還可以選擇優(yōu)化算法以及使用并行運算加快估算過程。點擊綠色的按鈕開始自動估算,會自動跳出這兩張圖: 參數(shù)估算結(jié)果:估算效果:從前面的步驟應該能“猜”到這里的原因:模型仿真的初始值設定為 -0.1,而我們兩次實驗 數(shù)據(jù)的初始位置均不是 -0.1。這也就是說,我們在利用這一組實驗數(shù)據(jù)

4、做估算的時候,應該把初始值也考慮進去。 3.添加估算仿真初始狀態(tài)值分別在這 兩個 Experiments 下面 右鍵 編輯,添加位置初始參數(shù),如下圖:這時候點擊 Select Parameters看到這一輪估算所考慮的參數(shù)。 再次估算,收斂后得到的參數(shù): 估算效果如圖: 系統(tǒng)響應優(yōu)化1.模型打開模型 sldo_model1: 設計參數(shù):Kp, Ki, Kd設計要求:系統(tǒng)響應吻合指定曲線:y =1exp(0.1×t 當前初始響應: 2.響應優(yōu)化 打開系統(tǒng)響應優(yōu)化工具:a. 選擇待優(yōu)化控制參數(shù): 對應的是 PID 模塊里設置的參數(shù):同樣,也可以根據(jù)需要限制參數(shù)范圍:這時候,可以看到新增加

5、的設計參數(shù)高亮顯示: b. 設置目標函數(shù)可以看到可以設置時域以及頻域的優(yōu)化目標函數(shù):填入剛才的目標曲線表達式: 如果設置了多個優(yōu)化目標,可以同時選擇: 查看優(yōu)化前響應: 點擊優(yōu)化:控制參數(shù)已經(jīng)自動更新,仿真原模型: 自動生成查表表格1.模型加載估算與驗證所需要的數(shù)據(jù)。已知 y 數(shù)據(jù)是通過 x 查表得到的,但現(xiàn)在不知道具體的表格數(shù)據(jù)。 >> load lookup_regular.mat>> subplot(2,1,1;>> plot(time1,xdata1;>> title('xdata1'>> subplot(2,

6、1,2;>> plot(time1,ydata1;>> title('ydata1'打開 lookup_regular 2.表格參數(shù)估算 打開參數(shù)估算工具箱: 選擇待估算參數(shù): 添加參考數(shù)據(jù):點擊優(yōu)化開始估算:3.使用獨立數(shù)據(jù)驗證 導入另一組獨立數(shù)據(jù): 設置數(shù)據(jù)用于驗證: 驗證:Simulink 優(yōu)化工具箱 2015 版 V1.0 打開剛才的 Simulink 模型，運行模型，對比原始數(shù)據(jù)與 Simulink 查表仿真的結(jié)果： sim('lookup_regular' figure(2; plot(xdata2,ydata2, 'm*', xout, yout,'b' hold on