Simulink優(yōu)化工具箱入門(mén)案例演示

1、Simulink 優(yōu)化工具箱Simulink 優(yōu)化工具箱有五個(gè)基本功能:1. 參數(shù)校準(zhǔn)2. 系統(tǒng)響應(yīng)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(shè)計(jì)5. 自動(dòng)生成查表表格通常來(lái)說(shuō)靈敏度分析是說(shuō)系統(tǒng)各個(gè)不確定性源對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。 在優(yōu)化工具箱里所進(jìn)行的 優(yōu)化靈敏度分析是指各個(gè)優(yōu)化參數(shù)對(duì)優(yōu)化目標(biāo)的 cost function的影響。所以可以在優(yōu)化之前進(jìn) 行靈敏度分析,評(píng)價(jià)各個(gè)參數(shù)對(duì)優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重。還可以在優(yōu)化之后,分析優(yōu)化結(jié)果對(duì)優(yōu)化參 數(shù)的魯棒性?；趦?yōu)化技術(shù)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)其實(shí)也就是優(yōu)化控制參數(shù)。下面舉例來(lái)說(shuō)明 參數(shù)校準(zhǔn),系統(tǒng)響應(yīng)優(yōu)化 以及 自動(dòng)生成查表表格 。參數(shù)校準(zhǔn)顧名思義,也就是使

2、用參考數(shù)據(jù)來(lái)自動(dòng)估算模型的參數(shù)或者仿真初始狀態(tài)。1.模型打開(kāi)這個(gè)內(nèi)置模型 msd_system。 示波器 Positions 里顯示三路信號(hào):當(dāng)前仿真信號(hào) pos ,第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果 exp1,第二次實(shí)驗(yàn)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(lái)利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)自動(dòng)估算 m,k,b 的值。雙擊模型左下角的橘紅色模塊,打開(kāi)預(yù)先配置好的參數(shù)估算頁(yè)面。點(diǎn)擊視圖標(biāo)簽頁(yè)調(diào)整為左右布局,如下圖,同時(shí)顯示兩次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 點(diǎn)擊紅圈內(nèi)的圖標(biāo),把當(dāng)前的仿真結(jié)果也同時(shí)顯示在兩張圖上,如

3、下圖。 點(diǎn)擊 Select Parameters,看到已選中的估算的參數(shù)及其初始值: 點(diǎn)擊 Select Experiments,選擇同時(shí)使用這兩組已經(jīng)導(dǎo)進(jìn)來(lái)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估算(如何導(dǎo) 入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參見(jiàn)后面的自動(dòng)生成查表表格案例 :Cost Function,可以看到還可以選擇絕對(duì)值誤差。More Option菜單頁(yè),還可以選擇優(yōu)化算法以及使用并行運(yùn)算加快估算過(guò)程。點(diǎn)擊綠色的按鈕開(kāi)始自動(dòng)估算,會(huì)自動(dòng)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(yīng)該能“猜”到這里的原因:模型仿真的初始值設(shè)定為 -0.1,而我們兩次實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)的初始位置均不是 -0.1。這也就是說(shuō),我們?cè)诶眠@一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4、做估算的時(shí)候,應(yīng)該把初始值也考慮進(jìn)去。 3.添加估算仿真初始狀態(tài)值分別在這 兩個(gè) Experiments 下面 右鍵 編輯,添加位置初始參數(shù),如下圖:這時(shí)候點(diǎn)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(yīng)優(yōu)化1.模型打開(kāi)模型 sldo_model1: 設(shè)計(jì)參數(shù):Kp, Ki, Kd設(shè)計(jì)要求:系統(tǒng)響應(yīng)吻合指定曲線:y =1exp(0.1×t 當(dāng)前初始響應(yīng): 2.響應(yīng)優(yōu)化 打開(kāi)系統(tǒng)響應(yīng)優(yōu)化工具:a. 選擇待優(yōu)化控制參數(shù): 對(duì)應(yīng)的是 PID 模塊里設(shè)置的參數(shù):同樣,也可以根據(jù)需要限制參數(shù)范圍:這時(shí)候,可以看到新增加

5、的設(shè)計(jì)參數(shù)高亮顯示: b. 設(shè)置目標(biāo)函數(shù)可以看到可以設(shè)置時(shí)域以及頻域的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù):填入剛才的目標(biāo)曲線表達(dá)式: 如果設(shè)置了多個(gè)優(yōu)化目標(biāo),可以同時(shí)選擇: 查看優(yōu)化前響應(yīng): 點(diǎn)擊優(yōu)化:控制參數(shù)已經(jīng)自動(dòng)更新,仿真原模型: 自動(dòng)生成查表表格1.模型加載估算與驗(yàn)證所需要的數(shù)據(jù)。已知 y 數(shù)據(jù)是通過(guò) 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(kāi) lookup_regular 2.表格參數(shù)估算 打開(kāi)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(diǎn)擊優(yōu)化開(kāi)始估算:3.使用獨(dú)立數(shù)據(jù)驗(yàn)證 導(dǎo)入另一組獨(dú)立數(shù)據(jù): 設(shè)置數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證: 驗(yàn)證:Simulink 優(yōu)化工具箱 2015 版 V1.0 打開(kāi)剛才的 Simulink 模型，運(yùn)行模型，對(duì)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