solveTomlab函数

这段 MATLAB 代码定义了一个名为 solveTomlab 的函数,用于基于 DynamicModel 对象的属性求解最优控制问题。它使用 TOMLAB 工具箱(一个用于优化和最优控制的 MATLAB 工具箱)来实现求解。代码的主要功能是将动态模型转换为 TOMLAB 格式,调用 TOMLAB 的求解器 ezsolve 进行求解,并将结果存储回 DynamicModel 对象中。


代码的主要功能

  1. 求解最优控制问题

    • 将动态模型的状态变量、控制变量、辅助变量等转换为 TOMLAB 格式。

    • 使用 TOMLAB 的 ezsolve 函数求解最优控制问题。

    • 将求解结果存储回 DynamicModel 对象中。

  2. 支持迭代求解

    • 可以通过指定不同的配点数量(nColl)进行迭代求解,逐步提高精度。

  3. 结果存储

    • 求解结果存储在 DynamicModel 对象的以下属性中:

      • obj.x.<>.val:状态变量的值。

      • obj.u.<>.val:控制变量的值。

      • obj.a.<>.val:辅助变量的值。


代码的详细解释

主函数 solveTomlab

  1. 输入参数

    • objDynamicModel 对象,包含动态模型的定义。

    • nColl:配点数量(collocation points),可以是一个数组,用于迭代求解。

    • options:传递给 ezsolve 的选项结构体。

  2. 主要步骤

    • 遍历 nColl 数组,逐步增加配点数量,进行迭代求解。

    • 调用 convertToTomlab 函数将动态模型转换为 TOMLAB 格式。

    • 调用 convertObjectiveToTomlab 函数将目标函数转换为 TOMLAB 格式。

    • 使用 getGuess 函数生成初始猜测值。

    • 调用 TOMLAB 的 ezsolve 函数求解最优控制问题。

    • 调用 storeSolution 函数将求解结果存储回 DynamicModel 对象中。


辅助函数 convertToTomlab

  1. 功能

    • DynamicModel 对象的状态变量、控制变量、辅助变量等转换为 TOMLAB 格式。

  2. 主要步骤

    • 提取模型中的参数、状态变量、控制变量、输入变量和辅助变量的名称。

    • 将参数转换为数值变量。

    • 使用 tomState 创建 TOMLAB 状态变量。

    • 使用 tomControl 创建 TOMLAB 控制变量。

    • 使用 pchip 插值输入变量。

    • 定义辅助变量的 TOMLAB 表达式。

    • 定义状态变量的微分方程(ODEs)。

    • 定义初始条件和约束条件。


辅助函数 convertObjectiveToTomlab

  1. 功能

    • 将目标函数转换为 TOMLAB 格式。

  2. 主要步骤

    • 提取目标函数字符串。

    • 将目标函数中的参数引用(如 p.paramName)替换为 obj.p.paramName.val


辅助函数 getGuess

  1. 功能

    • 生成初始猜测值,用于 TOMLAB 求解器。

  2. 主要步骤

    • 提取状态变量和控制变量的名称。

    • 如果状态变量或控制变量已有值(如之前求解的结果),则使用插值生成初始猜测值。

    • 如果状态变量或控制变量没有值,则使用默认值(如 0)作为初始猜测。


辅助函数 storeSolution

  1. 功能

    • 将 TOMLAB 求解结果存储回 DynamicModel 对象中。

  2. 主要步骤

    • 提取状态变量、控制变量和辅助变量的名称。

    • 使用 subsmcollocate 将 TOMLAB 的解转换为数值。

    • 将结果存储到 DynamicModel 对象的相应属性中。


代码的核心逻辑

  1. 模型转换

    • DynamicModel 对象的状态变量、控制变量、辅助变量等转换为 TOMLAB 格式。

    • 定义微分方程、初始条件和约束条件。

  2. 求解最优控制问题

    • 使用 TOMLAB 的 ezsolve 函数求解最优控制问题。

    • 支持迭代求解,逐步提高精度。

  3. 结果存储

    • 将求解结果存储回 DynamicModel 对象中,便于后续分析和使用。


代码的输入输出

输入

  1. obj

    • 一个 DynamicModel 对象,包含动态模型的以下属性:

      • obj.x.<>.def:状态变量的微分方程。

      • obj.u.<>.val:控制变量的值。

      • obj.a.<>.def:辅助变量的定义。

      • obj.p.<>.val:参数的值。

      • obj.d.<>.val:输入变量的值。

      • obj.c.<>:约束条件。

      • obj.g:目标函数。

  2. nColl

    • 配点数量,可以是一个数组,用于迭代求解。

  3. options

    • 传递给 ezsolve 的选项结构体。

输出

  1. result

    • TOMLAB 求解器返回的结果变量。

  2. obj

    • 求解结果存储在 DynamicModel 对象的以下属性中:

      • obj.x.<>.val:状态变量的值。

      • obj.u.<>.val:控制变量的值。

      • obj.a.<>.val:辅助变量的值。


总结

这段代码实现了一个基于 TOMLAB 的最优控制问题求解器。它通过将动态模型转换为 TOMLAB 格式,调用 TOMLAB 的求解器进行求解,并将结果存储回 DynamicModel 对象中。代码支持迭代求解,能够逐步提高精度,适用于复杂的最优控制问题。

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Source: github.com/k4yt3x/flowerhd
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