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fmincon - numerische Zielfunktion und Nebenbedingung

 

B.O.D
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     Beitrag Verfasst am: 04.10.2017, 14:27     Titel: fmincon - numerische Zielfunktion und Nebenbedingung
  Antworten mit Zitat      
Hallo,

ich nutzte ein Simulink-Modell, dessen Ergebnisse von Modellparametern abhängen und demnach in eine Zielfunktion überführt werden können. Vom prinzipiellen Ablauf sieht das wie folgt aus.

Code:

fun = @(x)allgemeine_Zielfunktion(modelname,var,x,t_sim)
[x,fval] = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options_fmincon);


In der Zielfunktion werden die Modellparameter 'var' mit den Werten aus 'x' gesetzt und das Modell simuliert. Anschließend wird die zu optimierende Größe ausgegeben.

Code:
function [Zielgroesse] = allgemeine_Zielfunktion( modelname,var,value,t_sim)

% Optimierungsvariablen (=Modellparameter) setzen
for i=1:size(var,2)
    set_param(strcat(modelname),strjoin(var(i)),num2str(value(i)));
end

% Modell simulieren 'Out1' ist Output-Port Nr. 1, in dem alle relevanten
% Groessen fuer die Zielfunktion ausgegeben werden
[~,~,Out1] = sim(modelname,[0 tsim]);  

% Verarbeitung der zeitbezogenen Daten aus Simulink zur Nutzung in der
% Zielfunktion
Groesse1    = Out1(end,1);       % Data 1 (z.B. kumulierte Groesse)
Groesse2    = Out1(end,2);       % Data 2 (z.B. kumulierte Groesse)
Groesse3    = mean(Out1(:,3));   % Data 3 (z.B. Mittelwert)
Groesse4    = max(Out1(:,3));    % Data 3 (z.B. Maximum)

% Zielfunktion mit Simulink-Ergebnissen anwenden
Zielgroesse = (3 * Groesse1^2 + Groesse2 * Groesse3)/Groesse4;
end


Das funktioniert soweit ganz gut. Nun muss ich eine Nebenbedingung einführen
Groesse5 <= 0.1

Diese Groesse5 ist abhängig von den gesetzten Modellparametern 'x', jedoch weiß ich nicht, wie ich eine solche Nebenbedingung formuliere, da die Eingangsgröße in der Zielfunktion ermittelt und anschließend an die Nebenbedingung übergeben werden müsste.

Da die Simulation komplex und zeitaufwendig ist, möchte ich ungern eine Funktion für die Nebenbedingung schreiben, worin ein zweiter Simulationsaufruf erfolgt.

Hat jemand Ideen/Hinweise bzw. eigene Lösungen?

Viele Grüße
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Harald
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     Beitrag Verfasst am: 04.10.2017, 16:58     Titel:
  Antworten mit Zitat      
Hallo,

siehe hier:
https://www.mathworks.com/matlabcentral/answers/102632

Grüße,
Harald
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B.O.D
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     Beitrag Verfasst am: 04.10.2017, 21:09     Titel:
  Antworten mit Zitat      
Hallo Harald,

danke für den Hinweis.

Soweit ich das Beispiel verstehe, ist es nicht möglich von der Zielfunktion andere Größen als x und objval zu übergeben. Und hier beginnt mein eigentliches Problem. Ich muss eine weitere Größe ausgeben, die ich in jedem Iterationsschritt an die Nebenbedingung überführe, für die keine analytische Funktion angegeben werden kann.

Die Informationen bzgl. x und objval pro Iteratinosschritt liegen vor, lassen sich aber nicht in der Nebenbedingung verarbeiten.

Eine ähnliche Frage wurde hier bereits kurz thematisiert, bringt jedoch keine weiteren Lösungsansätze
https://stackoverflow.com/questions.....unction-called-by-fmincon

Beste Grüße
Max
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Harald
Forum-Meister

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     Beitrag Verfasst am: 04.10.2017, 21:32     Titel:
  Antworten mit Zitat      
Hallo,
Zitat:

Soweit ich das Beispiel verstehe, ist es nicht möglich von der Zielfunktion andere Größen als x und objval zu übergeben.

Sehe ich nicht so. Du kannst andere Variablen genauso behandeln wie objval in dem Beispiel. Man überprüft nur sicherheitshalber, ob die verfügbaren Daten für objval oder was auch immer auch wirklich zum richtigen x gehören.

Grüße,
Harald
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B.O.D
Themenstarter

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     Beitrag Verfasst am: 05.10.2017, 13:26     Titel:
  Antworten mit Zitat      
Ok, verstehe ich das richtig, dass die Struktur entscheidend ist?

Ich kann die Funktionen (objfun, constrfun) nicht seperat als m-File schreiben, sondern muss innerhalb der runsharedvalues-Funktion, worin fmincon aufgerufen wird, auch die zwei anderen Funktionen definieren?

Bisher hatte ich die Zielfunktion als m-File geschrieben, weswegen der Grundgedanke, d.h. die Variable wird zu Beginn deklariert und innerhalb einer anderen Funktion definiert, nicht klappte.

So funktioniert das gut! Danke Harald!
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