从 Simulink 调用 fmincon

Calling fmincon from Simulink

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 fminconquadprog,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!

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).