自20世紀(jì)80年代以來，工程師們一直在工業(yè)中使用MPC控制器。隨著微處理器計(jì)算能力的不斷增強(qiáng)，它的使用已經(jīng)擴(kuò)展到許多其他領(lǐng)域，包括汽車和航空航天行業(yè)。MPC可以處理輸入和輸出之間有交互的多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)。由于這些交互作用，使用PID等傳統(tǒng)控制器來設(shè)計(jì)MIMO系統(tǒng)通常具有挑戰(zhàn)性。然而，MPC可以同時(shí)控制所有的輸出，同時(shí)考慮到輸入-輸出的交互作用。MPC還可以處理約束條件。約束很重要，因?yàn)檫`反它們可能會(huì)導(dǎo)致不希望產(chǎn)生的后果。MPC還具有預(yù)覽功能（類似于前饋控制）。如果預(yù)先知道設(shè)定點(diǎn)的變化，控制器可以更好地響應(yīng)這些變化并提高其性能。

有關(guān)MPC詳細(xì)的推導(dǎo)過程和知識(shí)可參考公眾號(hào)文章：無人駕駛控制算法之MPC控制、模型預(yù)測控制系統(tǒng)總結(jié)、模型預(yù)測控制實(shí)踐，以及MPC的應(yīng)用實(shí)例：基于二自由度模型的MPC在車輛橫向控制中的應(yīng)用、基于MPC的參數(shù)化ACC的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、基于MPC的車道保持系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本次重點(diǎn)學(xué)習(xí)MPC的實(shí)現(xiàn)方法和編程仿真技巧，可觀看下面視頻講解，視頻內(nèi)容主要包括：模型預(yù)測控制簡介、MPC工作原理、MPC調(diào)參、MPC控制器分類、MPC控制器應(yīng)用、MPC工具箱使用、MPC應(yīng)用實(shí)例等，各部分內(nèi)容簡介如下：

（1）模型預(yù)測控制簡介：了解使用模型預(yù)測控制(MPC)的好處。MPC利用系統(tǒng)模型來預(yù)測其未來行為，解決優(yōu)化問題，選擇最佳控制動(dòng)作。

（2）模型預(yù)測控制工作原理：了解模型預(yù)測控制(MPC)的工作原理。MPC使用了一個(gè)系統(tǒng)模型來預(yù)測未來系統(tǒng)的狀態(tài)。它解決了每個(gè)時(shí)間步長的優(yōu)化問題，以找到控制動(dòng)作，控制預(yù)測的系統(tǒng)輸出盡可能接近所需參考的程度。使用一個(gè)簡單的汽車控制的例子，介紹了MPC的使用方法。

（3）MPC調(diào)參：選擇控制器采樣時(shí)間、預(yù)測和控制范圍、約束和權(quán)值的調(diào)參建議。

（4）MPC控制器分類：可以根據(jù)系統(tǒng)模型、約束條件和成本函數(shù)選擇所使用的MPC控制器的類型?？捎玫倪x項(xiàng)包括線性時(shí)不變、自適應(yīng)、增益調(diào)度和非線性MPC。

（5）MPC控制器應(yīng)用：為了降低MPC計(jì)算的復(fù)雜性，可以使用模型降階技術(shù)，使用更短的預(yù)測和控制范圍，減少約束的數(shù)量，并使用較低精度的數(shù)據(jù)和控制。此外，通過使用離線預(yù)先計(jì)算的最優(yōu)解決方案，顯式MPC比傳統(tǒng)的MPC需要更少的運(yùn)行時(shí)計(jì)算。通過在迭代次數(shù)超過指定的最大值后應(yīng)用次優(yōu)解，也可以保證MPC控制器在最壞情況下的實(shí)時(shí)性。

（6）MPC工具箱使用：使用模型預(yù)測控制工具箱附帶的MPC設(shè)計(jì)器應(yīng)用程序，可以指定MPC設(shè)計(jì)參數(shù)，如控制器采樣時(shí)間、預(yù)測和控制范圍，以及約束和權(quán)重。然后，通過微調(diào)控制器并評(píng)估其性能。以自動(dòng)轉(zhuǎn)向車輛為例，使用駕駛場景設(shè)計(jì)器創(chuàng)建一個(gè)自定義參考軌跡，并使用模型預(yù)測控制工具箱設(shè)計(jì)自動(dòng)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的MPC控制器。

（7）MPC應(yīng)用實(shí)例：通過仿真實(shí)例學(xué)習(xí)如何計(jì)算和更新MPC所需的離散系統(tǒng)模型，還將學(xué)習(xí)如何調(diào)試MPC控制器以及從MPC控制器中生成代碼。