从 Simulink 调用 fmincon

Question

我正在尝试在 Simulink-Matlab 框架中实现一种特定类型的模型预测控制。为此，我的计划是让 Simulink 中的动态模型调用外部 Matlab S-Function，后者又运行调用不同 Simulink 文件的优化。因此，程序流程如下： Simulink -> Matlab (fmincon or quadprog) -> Simulink.

如您所见，Matlab S-Function 会调用 fmincon 或 quadprog，但我想将 fmincon 用于我的特定控件类型。请忽略到目前为止与计算效率相关的任何问题。

我试过这个方法，但是有两个很明显的问题： * 首先，为了无误地编译代码（基本上得到一个.mex文件，我还不需要用C编程），我添加了命令

coder.extrinsic('fmincon');

这是必需的，否则 Simulink 无法编译 mex 文件。但是，如果您这样做，则会收到以下错误：

Function handles cannot be passed to extrinsic functions.

我尝试将调用 Simulink 的成本函数更改为另一个更简单的成本函数 (x.^2)，但我仍然遇到错误。

在寻找问题的解决方案时，我在 Mathworks 博客上发现了相同的问题（即如何从 Simulink 中的 Matlab 函数调用 fmincon），但没有答案（https://uk.mathworks.com/matlabcentral/answers/65202-optimization-calling-fmincon-in-simulink-embedded-block ).

谁能帮帮我？提前致谢！

Answer 1

而不是在 fmincon 函数上使用 coder.extrinsic，我通常为我必须解决的优化问题编写一个包装器作为 Matlab 的 .m 文件函数（即 opt_problem) 并在 simulink Matlab 函数中声明 coder.extrinsic('opt_problem')。我给你举个简单的例子：

考虑这个 Simulink "model"，在其中的每个集成步骤中，我想解决一些生成数据的线性回归问题。优化问题的形式为：

minimize (y - m x - q)²
subject to  0 ≤ m ≤ 1
            0 ≤ q ≤ 1

方案非常简单，回归器调用 fmincon:

让我们看看回归变量的内部：

function [m, q] = regressor(xs, ys, mic, qic)
  coder.extrinsic('opt_problem'); % <- Informing the Coder
  m = 0;
  q = 0;
  [m, q] = opt_problem(xs, ys, mic, qic); % <- Optimal problem wrapper call
end

此函数只是外部函数的包装器 opt_problem。来看看吧（里面有两个功能）：

function [m, q] = opt_problem(xs, ys, mic, qic)
  fmincon_target = @(mq)(target(mq, xs, ys));
  mq = fmincon(fmincon_target, [mic; qic], [], [], [], [], [0; 0], [1; 1]);
  m = mq(1);
  q = mq(2);
end

function r = target(mq, xs, ys)
  r = norm(ys - xs.*mq(1) - mq(2));
end

仅此而已。正如您在图片中看到的那样，方案运行并且解决方案是 m, q 参数（在两个显示中），它们在遵守约束的同时最小化目标函数 (m = 1.2 → m_opt = 1).

从 Simulink 调用 fmincon

Calling fmincon from Simulink

matlab

simulink

fminsearch

s-function