主要内容

保障机制

查找满足指定边界和其他约束的控制动作

一些控制应用情形要求控制器选择控制动作,以使被控对象状态不违反某些关键约束。在许多情况下,约束会作用于控制器不直接控制的被控对象状态。但您可以定义一个约束函数,该函数根据控制动作信号来定义约束。这些约束强制方法(被广泛称为保障机制)可确保您的系统即使在出现意外情况时,也能在限定的边界内安全运行。这种前瞻性的方法有助于您防止故障并保持控制完整性。

利用 Simulink® Control Design™ 软件,您可以对标称控制动作实施通用约束或专用约束。可用方法汇总于下表。

约束类型应用
通用 - 使用此通用模块将约束指定为系统状态随动作边界变化的函数图
  • 约束简单且灵活

  • 适用于能量管理系统、运动规划和资源分配

屏障证书 - 使用控制屏障函数定义系统期望状态的安全集,确保状态始终处于该安全集内

  • 系统状态必须保持处于安全集内

  • 需要平滑的控制动作

  • 非常适合自主系统、机器人以及人机交互

无源性 - 通过修改控制动作使闭环系统满足无源性,确保系统随时间耗散能量

  • 需要一定水平的控制器无源性

  • 无源系统的稳定性和稳健性至关重要

  • 应用场景包括机械系统、电气系统和网络化系统

此功能需要 Optimization Toolbox™ 软件,以计算在约束和动作边界下最接近指定控制动作的修正控制动作。

模块

Constraint EnforcementModify control actions to satisfy constraints and action bounds
Barrier Certificate EnforcementModify control actions to satisfy barrier certificate constraints and action bounds (自 R2022a 起)
Passivity EnforcementModify control actions to satisfy passivity constraints and action bounds (自 R2023a 起)
High-Order Control Barrier FunctionModify control actions to satisfy high-order control barrier function (CBF) constraints and action bounds (自 R2026a 起)

主题

通用约束强制

控制屏障函数强制

无源性强制

强化学习应用