モデル予測制御（MPC）実装集

English README | 日本語ドキュメント

MATLABによるモデル予測制御（Model Predictive Control, MPC）の実装例集です。二重積分系を対象とした軌道追従制御、制約付きMPC、LQRとの性能比較などの実装を提供します。

目次

• モデル予測制御（MPC）実装集
  • 目次
  • 概要
  • 主な特徴
  • 動作環境
    • 必須要件
    • オプション
    • インストール
  • クイックスタート
    • 最も簡単な例：軌道追従MPC
    • 制約付きMPC（推奨）
    • MPC vs LQR 比較
  • 参考文献
  • 報告・質問
  • ライセンス
  • 著者

---

概要

本リポジトリは、モデル予測制御（MPC）の理論と実装を学ぶための教育用MATLABコードです。二重積分系（位置・速度系）を対象システムとし、軌道追従制御、制約付きMPC、MATLABツールボックスとの比較、LQRとの性能比較など、多角的な検証を行っています。

主な特徴

• 手動QP実装 - 二次計画法（QP）による完全な手動MPC実装
• 制約対応 - 入力、状態、変化率制約を考慮した制約付きMPC
• ツールボックス検証 - MATLAB MPC Toolboxとの比較検証
• 性能比較 - MPC vs LQRの定量的性能評価
• 動的軌道追従 - 正弦波参照軌道による時変追従制御
• 詳細ドキュメント - 理論背景と実装の完全な日本語解説

---

動作環境

必須要件

• MATLAB R2020b 以降
• Optimization Toolbox（quadprog 関数使用）

オプション

• Control System Toolbox（システム解析・LQR比較用）
• MPC Toolbox（MPC_Toolbox.m 実行時のみ）

インストール

# リポジトリのクローン
git clone https://github.com/youkoutaku/MPC-MATLAB-Examples.git
cd MPC-MATLAB-Examples

MATLABを起動し、プロジェクトフォルダに移動してください：

cd('path/to/MPC-MATLAB-Examples')

すべての関数をPATHに追加してください：

addpath('lib')
addpath('test')

---

クイックスタート

最も簡単な例：軌道追従MPC

% プロジェクトフォルダで実行
addpath('lib')  % 補助関数をパスに追加
run('MPC_trajectory_main.m')

実行結果： 正弦波参照軌道を追従する位置・速度プロットが表示されます。

制約付きMPC（推奨）

% 制約付きMPCの実行
addpath('lib')  % 初回のみ
run('MPC_con_main.m')

% 制約充足性の検証
run('test/Check_Constraints.m')

実行結果： 入力・速度・位置制約を考慮した制御結果と制約活性化率が表示されます。

MPC vs LQR 比較

run('MPCvsLQR_QP_main.m')

実行結果： 両手法の軌道追従性能が並列比較されます。

---

参考文献

• ドキュメント
• Wang, L. (2009). Model Predictive Control System Design and Implementation Using MATLAB. Springer.
• Camacho, E. F., & Bordons, C. (2007). Model Predictive Control. Springer.
• 大塚 敏之, 非線形最適制御入門，コロナ社, 2011.
• 王天威. 控制之美(卷2). 清华大学出版社,2023.

---

報告・質問

• Issue: GitHub Issues
• Email: 質問や改善提案をお気軽にお送りください

---

ライセンス

このプロジェクトはMITライセンスの下で公開されています。詳細はLICENSEファイルをご覧ください。

---

著者

Youkoutaku

• GitHub: @Youkoutaku
• Website: https://youkoutaku.github.io/

---

⭐ このリポジトリが役に立ったら、スターをお願いします！ ⭐

最終更新日：2025年12月15日