从Simulink调用fmincon

Question

我正在尝试在Simulink-Matlab框架中实现一种特殊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函数，该函数反过来运行调用不同Simulink文件的优化。因此，程序流程如下: Simulink -> Matlab (fmincon或quadprog) -> Simulink。

正如您所看到的，Matlab函数将调用fmincon或quadprog，但我希望为我的特定控件类型使用fmincon.请忽略到目前为止与计算效率相关的任何问题。

我尝试过这种方法，但有两个非常明显的问题：*首先，为了编译代码没有错误(基本上是获得一个.mex文件，我还不需要用C语言编程)，我添加了以下命令

coder.extrinsic('fmincon')；

这是必需的，因为否则Simulink将无法编译mex文件。但是，如果执行此操作，则会出现以下错误：

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)，但仍然收到错误。

为了寻找问题的解决方案，我在Mathworks博客上找到了同样的问题(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)。

有人能帮我一下吗？提前感谢！

Answer 1

我通常不在fmincon函数上使用coder.extrinsic，而是为必须作为Matlab语言的.m文件函数(即opt_problem)解决的优化问题编写一个包装器，并在simulink Matlab函数中声明coder.extrinsic('opt_problem')。我给你举一个简单的例子：

考虑这个Simulink“模型”，在这个模型中，在每个集成步骤中，我想要解决一些生成数据的线性回归问题。优化问题的形式如下：

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

这个方案非常简单，我打赌回归器调用fmincon

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让我们看看回归器的内部：

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

此函数仅是外部函数opt_problem的包装器。让我们来看看它(它里面有两个函数)：

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，方案运行，解决方案是在遵守约束(m = 1.2 → m_opt = 1)的同时最小化目标函数的m, q参数(在两个显示中)。