Model Predictive Control Toolbox
设计和仿真模型预测控制器
Model Predictive Control Toolbox™ 提供了用于设计和仿真模型预测控制器 (MPC) 所需的函数、应用和 Simulink® 模块。您可以使用该工具箱指定被控对象和扰动模型、时域、约束和权重。通过运行闭环仿真，您可以评估控制器性能。
通过在运行时改变控制器权重和约束，您可以调整控制器的行为。要控制非线性被控对象，您可以实现自适应和增益调度 MPC。对于采样速率较快的应用情况，您可以从常规控制器生成显式模型预测控制器，或者实现近似解。
对于快速原型和嵌入式系统实现，此工具箱支持 C 代码和 IEC 61131-3 结构化文本生成。
快速入门：
在 MATLAB 中设计 MPC
使用命令行函数设计 MPC 控制器。定义内部被控对象模型，调整权重、约束和其他控制器参数，并仿真闭环系统响应以评估控制器性能。
在命令行设计 MPC 控制器。
在 Simulink 中设计 MPC
使用 MPC 控制器模块和该工具箱提供的其他模块，在 Simulink 中对 MPC 控制器进行建模和仿真。对 Simulink 模型进行修剪和线性化，以计算 MPC 控制器的内部线性时不变对象模型，并使用 Simulink Control Design™ 计算被控对象输入和输出的标称值。
MPC Designer 应用
通过定义内部被控对象模型并调整时域、权重和约束，以交互方式设计 MPC 控制器。使用仿真场景验证控制器性能。比较多个 MPC 控制器的响应。
预置的模块
使用 Adaptive Cruise Control System、Lane Keeping Assist System 和 Path Following Control System 模块作为 ADAS 应用的起点，并按需自定义设计。从预置的模块生成代码，用于部署 MPC 控制器。
使用预置的 Simulink 模块设计自适应巡航控制系统。
参考应用
利用参考应用去逐步了解为自动驾驶系统设计和部署 MPC 控制器的工作流程。此外，参考应用还会展示如何对系统的不同部分进行多保真度建模。
线性 MPC
通过从 Control System Toolbox™ 将内部被控对象模型指定为线性时不变 (LTI) 系统，或者使用 Simulink Control Design 对 Simulink 模型进行线性化，来设计线性 MPC 控制器。也可以使用 System Identification Toolbox™ 导入从测得的输入-输出数据创建的模型。
为线性 MPC 设计指定内部被控对象模型。
自适应 MPC
使用命令行函数和 Adaptive MPC Controller 模块设计和仿真自适应 MPC 控制器。在每个计算步骤更新被控对象模型，并将其作为输入提供给控制器。使用具备渐近稳定性保障的内置线性时变 (LTV) 卡尔曼滤波器估计自适应模型预测控制器的状态。
增益调度 MPC
使用 Multiple MPC Controllers 模块在各种工况下控制非线性被控对象。为每个工作点设计 MPC 控制器，并在运行时切换控制器。
使用多 MPC 控制器模块设计增益调度 MPC 控制器。
设计检查
使用工具箱提供的诊断功能，检测 MPC 控制器的潜在稳定性和稳健性问题。在控制器设计期间，可以使用此诊断工具调整控制器权重和约束，避免运行时故障。
使用设计检查报告提供的建议改进控制器设计。
运行时参数调整
调整 MPC 控制器的运行时权重和约束，在运行时优化性能，无需重新设计或重新实现控制器。在 MATLAB 和 Simulink 中执行运行时控制器调整。
在运行时调整权重和约束。
运行时性能监控
访问优化状态信号，发现优化无法收敛的罕见情况，然后判断是否应当使用备份控制策略。
实时检测控制器故障。
显式 MPC
从隐式 MPC 设计生成显式 MPC 控制器。简化生成的显式 MPC 控制器，减少内存占用。
从先前设计的隐式控制器生成显式 MPC 控制器。
比较最优解和近似（次优）解的执行时间
使用非线性 MPC 优化和控制飞行机器人轨道。
反馈控制
在非线性成本和约束下，仿真非线性被控对象的闭环控制。默认情况下，非线性 MPC 控制器使用 Optimization Toolbox™ 解决非线性编程问题。您也可以指定自己的自定义非线性求解器。
放热化学反应器的非线性模型预测控制。
经济 MPC
设计经济性 MPC 控制器，在任意非线性约束下为任意代价函数优化控制器。您可以使用线性或非线性预测模型、自定义非线性代价函数和自定义非线性约束。
环氧乙烷生产的经济 MPC 控制。
使用 MATLAB 和 Simulink 生成代码
在 Simulink 中设计 MPC 控制器，并分别使用 Simulink Coder™ 或 Simulink PLC Coder™ 生成 C 代码和 IEC 61131-3 结构化文本。使用 MATLAB Coder™ 在 MATLAB 中生成 C 代码，并部署代码以进行实时控制。或者使用 MATLAB CompilerTM 部署 MPC 控制器。
从 MPC Controller 模块生成 C 代码。
嵌入式求解器
从提供的二次规划(QP) 求解器生成代码，以便在嵌入式处理器上进行高效的实现。将生成的代码部署到任意处理器。将提供的 QP 求解器与标准 MPC 方程结合使用，或者用它来解决自定义 MPC 问题。
自定义 MPC 控制器。
自定义 QP 求解器
使用您选择的自定义二次规划 (QP) 求解器进行仿真和生成代码。
使用自定义 QP 求解器进行仿真并生成代码。
非线性 MPC
用 SQP 算法为使用默认 fmincon 求解器的非线性 MPC 控制器生成代码
内点 QP 求解器
针对在较大的预测和控制范围内实施约束的应用设计和实现高效的 MPC 控制器
关于这些特性和相应函数的详细信息，请参阅产品发布说明。
