Implementazione di algoritmi di Controllo Predittivo vincolato in Matlab/Simulink

Questo elaborato ha l’obiettivo di mostrare il funzionamento della tecnica di Controllo Predittivo in relazione ai sistemi dinamici a tempo discreto, analizzando i molteplici vantaggi che il suo utilizzo comporta. Un vincolo è una qualunque condizione imposta a un sistema fisico che gli impedisce di assumere una potenziale configurazione, in riferimento agli stati interni, alle grandezze in ingresso o alla risposta alle sollecitazioni esterne. Tali limitazioni possono essere dovute a particolari dinamiche di funzionamento del sistema o a precise imposizioni da parte dell’utente che lo governa o dell’ambiente che lo circonda. Il Controllo Predittivo consente di rispettare proprio questi vincoli, individuando la migliore successione di ingressi capace di regolarne gli stati o asservire un riferimento prescelto sull’uscita.

Dopo una breve Introduzione sui sistemi dinamici e sul perché sia importante concentrarsi sul loro controllo, nel Capitolo 2 si prosegue con una discussione teorica dell’argomento principale dell’elaborato: dalle componenti di base su cui il Controllo Predittivo lavora, alla filosofia del Receding Horizon. Nel Capitolo 3 è presentato l’ambiente di calcolo numerico Matlab, utilizzato per implementare le tecniche descritte nelle sezioni precedenti: dopo aver fornito i rudimenti del suo funzionamento, è introdotto il toolbox Yalmip, per la descrizione e la risoluzione di problemi di ottimizzazione, e lo strumento di creazione di interfacce grafiche GUIDE. L’elaborato termina con l’illustrazione e la simulazione di due casi di studio: la cascata di due integratori e il legame tra l’angolo descritto dagli elevators di un aereo e il proprio angolo di incidenza.

È stata costruita un’interfaccia grafica per osservare interattivamente il comportamento del primo esperimento, variando i parametri di simulazione e interpretando l’evoluzione dei segnali generati. È presente infine un’appendice in cui sono riportati gli script utilizzati per risolvere i problemi discussi nell’elaborato.