MATLAB飞轮储能系统MPC转速控制仿真项目

资 源 简 介

本项目基于MATLAB开发，实现了飞轮储能系统的模型预测控制（MPC）转速控制仿真。包含飞轮动力学建模、MPC控制器设计及实时仿真验证，通过预测优化控制序列，确保转速精确跟踪与系统稳定性。

详 情 说 明

基于MPC的飞轮储能系统转速控制仿真项目

项目介绍

本项目实现了一个完整的模型预测控制（MPC）系统，专门用于飞轮储能装置的转速精确控制仿真。系统核心包括飞轮动力学模型建立、MPC控制器设计以及实时仿真验证三大功能模块。通过预测未来时间段内的系统行为，并优化控制输入序列，MPC控制器能够实现飞轮转速的快速响应和稳定跟踪，为飞轮储能系统的控制策略研究与性能评估提供有效的仿真平台。

功能特性

• 精确的动力学建模：基于飞轮系统的物理参数（转动惯量、摩擦系数、电机转矩常数）建立线性离散状态空间模型。
• 先进的MPC控制：采用模型预测控制算法，通过求解带约束的二次规划问题，获得最优控制序列。
• 完整的约束处理：支持控制输入（电压）和系统状态（转速）的上下限约束。
• 全面的性能评估：提供ISE、IAE、控制能量消耗等多种性能指标计算。
• 丰富的可视化输出：生成转速跟踪曲线、控制输入曲线、状态预测序列和闭环极点分布图。
• 灵活的参数配置：用户可自定义预测时域、控制时域、采样时间等关键参数。

使用方法

1. 参数设置：在脚本中配置飞轮系统参数（J, B, Kt）、MPC控制参数（Np, Nc, Ts）以及约束条件。
2. 定义参考轨迹：设置期望的转速序列（rpm）作为控制目标。
3. 运行仿真：执行主程序启动MPC控制仿真。
4. 结果分析：查看生成的性能指标和各类响应曲线，评估控制效果。

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 软件环境：MATLAB R2018a或更高版本
• 必要工具箱：Optimization Toolbox（用于QP求解），Control System Toolbox

文件说明

主程序文件整合了本项目的全部核心功能，主要包括：飞轮系统动力学模型的建立与离散化处理、模型预测控制器的设计与参数初始化、包含系统约束的优化问题构建与实时求解、系统闭环仿真执行与动态响应计算、控制性能指标的全面评估与分析，以及仿真结果的可视化展示与图形输出。该文件通过协调各功能模块，完成了从参数配置到结果输出的完整仿真流程。