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
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求解最优控制问题:
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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。
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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。
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支持迭代求解:
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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。
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结果存储:
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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。
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代码的详细解释
主函数 solveTomlab
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输入参数:
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obj
:DynamicModel
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。
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主要步骤:
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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。
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辅助函数 convertToTomlab
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功能:
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将
DynamicModel
对象的状态变量、控制变量、辅助变量等转换为 TOMLAB 格式。
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主要步骤:
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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。
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将参数转换为数值变量。
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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。
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定义状态变量的微分方程(ODEs)。
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定义初始条件和约束条件。
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辅助函数 convertObjectiveToTomlab
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功能:
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将目标函数转换为 TOMLAB 格式。
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主要步骤:
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提取目标函数字符串。
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将目标函数中的参数引用(如
p.paramName
)替换为obj.p.paramName.val
。
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辅助函数 getGuess
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功能:
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生成初始猜测值,用于 TOMLAB 求解器。
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主要步骤:
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提取状态变量和控制变量的名称。
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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。
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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。
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辅助函数 storeSolution
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功能:
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将 TOMLAB 求解结果存储回
DynamicModel
对象中。
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主要步骤:
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提取状态变量、控制变量和辅助变量的名称。
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使用
subs
和mcollocate
将 TOMLAB 的解转换为数值。 -
将结果存储到
DynamicModel
对象的相应属性中。
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代码的核心逻辑
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模型转换:
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将
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。
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求解最优控制问题:
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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。
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结果存储:
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将求解结果存储回
DynamicModel
对象中,便于后续分析和使用。
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代码的输入输出
输入
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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。
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nColl
:-
配点数量,可以是一个数组,用于迭代求解。
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options
:-
传递给
ezsolve
的选项结构体。
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输出
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result
:-
TOMLAB 求解器返回的结果变量。
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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。
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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。