基于MATLAB的非线性模型预测控制优化器实现

资 源 简 介

本项目在MATLAB中开发了针对CSRT系统的非线性模型预测控制(NMPC)算法，通过非线性动态建模和多步预测策略，实现实时优化控制。适用于复杂系统的高精度控制任务。

详 情 说 明

基于非线性模型预测控制的CSRT系统实时优化控制器

项目介绍

本项目在MATLAB环境中实现了一个专门针对CSRT（复杂系统实时控制）的非线性模型预测控制（NMPC）算法。通过建立精确的非线性动态模型，系统能够预测未来动态行为，并在满足各类操作约束的条件下，滚动求解最优控制序列。该方案有效处理了CSRT系统的强非线性与约束特性，实现了高性能的实时闭环优化控制。

功能特性

• 非线性系统建模：采用非线性微分/差分方程精确描述CSRT系统动力学。
• 多步预测优化：在每个采样周期，基于当前状态预测未来系统行为，并通过非线性优化求解最优控制序列。
• 约束处理：支持对系统状态、控制输入等的硬约束与软约束处理。
• 实时反馈校正：结合实时测量数据进行反馈校正，补偿模型失配与外界扰动。
• 闭环性能分析：在线评估目标函数值、约束违反程度，并提供控制系统稳定性分析。

使用方法

1. 初始化配置：设置系统初始状态、控制目标（参考轨迹或设定值）、过程约束条件、预测时域与控制时域参数、非线性模型参数等。
2. 运行控制器：执行主控制程序，控制器将根据当前状态与设定进行实时优化计算。
3. 获取输出：控制器输出包括最优控制序列、状态预测轨迹、当前时刻控制量以及性能评估结果。
4. 闭环运行：将实时控制量作用于实际系统或仿真模型，并采集新的系统输出进行下一周期优化。

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 软件环境：MATLAB R2018b 或更高版本
• 必需工具箱：Optimization Toolbox, Control System Toolbox

文件说明

主程序文件作为整个控制系统的核心调度与执行入口，其主要功能包括：系统参数与控制参数的初始化、非线性模型预测控制器的构建、实时优化问题的在线求解、控制量的施加与系统响应的获取、以及控制性能的监控与评估。它整合了建模、预测、优化与校正等关键步骤，实现了从初始状态到闭环稳定运行的完整流程。