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联合仿真环境下的预测控制系统开发与应用

2023-06-13 00:07:37·  来源：汽车测试网  
　

预测控制是一种先进的控制策略，可应用于多个领域，如工业过程控制、能源系统和交通运输等。本文介绍了一种基于MATLAB Simulink和MPC控制策略工具箱开发的预测控制系统，该系统具有灵活、易于编程、数据处理和实现速度快的特点。通过将Simulink与GT-SUITE耦合，提供了一个联合仿真环境，用于研究和开发控制策略。该系统可以实时采集发动机和车辆参数，并将其传递给Simulink模型进行计算，同时也可以接收来自Simulink的驱动量，并在GT-SUITE模型中应用。本文还讨论了该系统的优势和应用领域，并展望了未来的发展方向。


引言

预测控制是一种基于模型的高级控制策略，它通过使用系统模型来预测未来的行为并进行优化，从而实现对系统的有效控制。与传统的反馈控制方法相比，预测控制具有更好的鲁棒性和性能。在工程领域，预测控制已广泛应用于诸如化工过程控制、电力系统调度和交通流控制等方面。


系统开发

本文所述的预测控制系统是基于MATLAB Simulink和MPC控制策略工具箱开发的。Simulink提供了一个强大的图形化建模环境，可用于开发各种控制系统。MPC控制策略工具箱是Simulink的一个附加工具箱，它提供了预测控制算法的实现和优化功能。


2.1 模型开发

在Simulink中，我们使用组件模型库对系统模型进行开发。组件模型库包括了各种建模组件，如传感器、执行器、控制器等。通过将这些组件连接起来，我们可以构建出一个完整的系统模型。


2.2 MPC控制策略工具箱

MPC控制策略工具箱提供了多种预测控制算法的实现和优化功能。我们可以在Simulink中使用该工具箱来设计和调试预测控制器。该工具箱还提供了丰富的参数配置选项，以便根据具体的应用场景对控制器进行调优。


联合仿真环境

为了更好地研究和开发控制策略，我们将Simulink与GT-SUITE耦合，提供了一个联合仿真环境。GT-SUITE是一款用于建模和仿真车辆系统的软件，它可以对发动机和车辆进行精确建模，并提供丰富的参数配置选项。

3.1 参数传递

在联合仿真环境中，发动机和车辆的参数，如压力、流量和速度，可以在GT-SUITE模型中采集并传递给Simulink。Simulink模型可以利用这些参数进行计算，并生成相应的控制信号。


3.2 驱动量接收

GT-SUITE还可以从Simulink接收驱动量，如流量控制阀位置、节流阀角度和加速踏板位置，并在计算中使用这些值。这样，我们可以在GT-SUITE模型中模拟实际的控制策略，并对其性能进行评估。


系统优势和应用领域

基于MATLAB Simulink和MPC控制策略工具箱开发的预测控制系统具有以下优势：

4.1 灵活性：Simulink提供了一个灵活的建模环境，可以方便地对系统模型进行修改和调整。MPC控制策略工具箱提供了多种预测控制算法的实现，使得系统的控制策略可以根据需要进行选择和优化。


4.2 易于编程：Simulink使用图形化建模的方式，无需编写复杂的代码，降低了系统开发的难度。同时，MPC控制策略工具箱提供了友好的用户界面，可以方便地配置和调优控制器。


4.3 数据处理和实现速度快：MATLAB具有强大的数据处理和计算能力，能够高效地处理大量的数据，并实时生成控制信号。


该预测控制系统可以应用于多个领域，如工业过程控制、能源系统和交通运输等。在工业过程控制方面，该系统可以用于实现对复杂化工过程的优化控制。在能源系统方面，该系统可以用于优化电力系统的调度，提高能源利用效率。在交通运输方面，该系统可以用于交通流控制和车辆控制，提高交通系统的安全性和效率。


未来展望

基于MATLAB Simulink和MPC控制策略工具箱的预测控制系统在实践中取得了良好的效果，但仍有一些改进的空间。未来的发展方向包括：

5.1 算法优化：继续改进和优化预测控制算法，提高系统的控制性能和稳定性。


5.2 模型精确性：进一步提高发动机和车辆模型的精确性，以更准确地反映实际系统的行为。


5.3 集成与协同控制：将预测控制系统与其他控制策略进行集成，实现协同控制，提高系统的整体性能。


总之，基于MATLAB Simulink和MPC控制策略工具箱开发的预测控制系统提供了一个灵活、易于编程、数据处理和实现速度快的控制策略开发平台。通过与GT-SUITE的耦合，提供了一个联合仿真环境，用于研究和开发控制策略。该系统在多个领域都有广泛的应用前景，并且未来仍有进一步的发展空间和潜力。

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