MATLAB模型预测控制与PID串级控制仿真平台

资 源 简 介

本项目采用MATLAB实现模型预测控制与PID串级控制的混合策略仿真系统，通过.m文件配置模型参数，.mdl文件搭建控制结构，支持单变量过程仿真与性能对比分析。

详 情 说 明

基于模型预测控制与PID串级控制的双重调控系统仿真平台

项目介绍

本项目实现了一个结合模型预测控制（MPC）与PID串级控制的混合控制策略仿真系统。通过MATLAB/Simulink平台，构建了完整的控制系统仿真环境，能够对单变量过程进行控制策略对比分析。系统采用.m文件定义算法核心和仿真逻辑，.mdl文件构建控制系统结构框图，为控制算法的研究与应用提供直观的性能验证平台。

功能特性

• 混合控制策略：集成先进MPC控制与传统PID控制的优势，支持串级控制结构设计
• 灵活的参数配置：支持被控对象模型、控制器参数、参考信号和扰动信号的个性化设置
• 全面的性能分析：提供多种时域性能指标对比（IAE、ISE、超调量等）
• 可视化结果输出：生成动态响应曲线、控制变量轨迹和实时控制信号
• 多场景仿真支持：适用于阶跃响应、跟踪性能、抗干扰能力等多种测试场景

使用方法

基本配置步骤

1. 在MATLAB中打开项目主文件夹
2. 修改系统模型参数：设置被控对象的传递函数模型（连续或离散形式）
3. 配置控制器参数：

- MPC控制器：预测时域、控制时域、权重矩阵 - PID控制器：主副回路的比例、积分、微分系数

1. 设定仿真条件：参考信号类型（阶跃/斜坡/正弦等）和扰动信号配置
2. 运行主程序启动仿真分析

结果分析

• 系统自动生成时域响应对比图和控制变量变化轨迹
• 输出性能指标定量对比报表
• 保存仿真数据至.mat文件供进一步分析

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2018b或更高版本，Simulink基础模块
• 必要工具箱：Control System Toolbox，Optimization Toolbox（用于MPC的QP求解）
• 硬件配置：至少4GB内存，推荐8GB以上以确保大型仿真运行流畅

文件说明

主程序文件实现了系统仿真的核心控制逻辑，主要功能包括：初始化被控对象数学模型并完成模型离散化处理；构建模型预测控制器，通过二次规划求解实现多步预测优化计算；配置串级PID控制器的参数整定与回路协调；执行仿真实验，同步运行两种控制策略并进行性能数据采集；生成对比分析图表，计算积分绝对误差等性能指标，并输出详细仿真报告。