系统辨识之经典辨识法

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1、系统辨识作业一学院信息科学与工程学院专业控制科学与工程班级控制二班姓名学号2018年11月系统辨识所谓辨识就是通过测取研究对象在认为输入作用的输出响应，或正常运行时的输入输出数据记录，加以必要的数据处理和数学计算，估计出对象的数学模型。辨识的内容主要包括四个方面：①实验设计；②模型结构辨识；③模型参数辨识；④模型检验。辨识的一般步骤：根据辨识目的，利用先验知识，初步确定模型结构；采集数据；然后进行模型参数和结构辨识；最终验证获得的最终模型。根据辨识方法所涉及的模型形式来说，辨识方法可以分为两类：一类是非参数模型辨识方法，另一类是

2、参数模型辨识方法。其中，非参数模型辨识方法又称为经典的辨识方法，它主要获得的是模型是非参数模型。在假定过程是线性的前提下，不必事先确定模型的具体结构，广泛适用于一些复杂的过程。经典辨识方法有很多，其中包括阶跃响应法、脉冲响应法、相关分析法和普分析法等等，本次实验所采用的辨识方法为阶跃响应法和脉冲响应法。1．阶跃响应法阶跃响应法是一种常用非参数模型辨识方法。常用的方法有近似法、半对数法、切线法、两点法和面积法等。本次作业采用面积法求传递函数。1.1面积法①当系统的传递函数无零点时，即系统传递函数如下：=1G(S)+−1

3、−1+⋯+1+1(1-1)系统的传递函数与微分方程存在着一一对应的关系，因此，可以通过求取微分方程的系数来辨识系统的传递函数。在求得系统的放大倍数K后，要得到无因次阶跃响应y(t)(设τ=0)，其中y(t)用下式描述：()(1-2)面积法原则上可以求出n为任意阶的个系数。以n为3为例。有：3()2()(){

4、→∞=

5、→∞=

6、→∞=0(1-3)()

7、→∞=1将式（1）中的y(t)移至右边，在[0，t]上积分，得2()3(1-4)定义：1(

8、)=∫0[1−()](1-5)由式（1-3）条件可知，当t→∞时，(1-6)同理，定义2(1-7)由式（1-,3）条件可知，当t→∞时，(1-8)因此，可得()=∫0[−1()−−1()]dt(1-9)=(∞)(1-10)②当系统的传递函数存在零点时，传递函数如下：G（s）=kbsmmn+basmn-1-1smn-1-1++LL++asbs11+1+1，（nm）（1-11）asn+其中，Kh=()/U0定义1G(s)=KP(s)其中，P(s)=bsasnmn++basmn

9、-1-1smn-1-1++LL++asbs11+1+1=+1i=1Csii（1-12）m根据[1−h*(t)]的Laplace变换，求出一阶面积A*1，确定L[h（1t]），并定义二阶面积A−st2，以此类推，得到i阶面积Ai。进一步利用e拉氏变换，得到L[1−h*（t]）=Msii，进而得到Ai的值：i=0Ai=01−h*(t)(i1)!−−t)i−1dt+tj−=20Ai−−j101−h*(t)(−j!t)jdt（1-13）(根据AC−1i=i，可得：+−1+⋯+1+1=(+−1−1+⋯+

10、1+1)(1+∑∞=1)。比较上式两边s的各次幂，便可得到a,b,A之间的关系，如下：b1AnAn−1LAnm−+1−1An+1b2An+1AnLAnm−+2An+2=−MLLLLMbmAnm+−1Anm+−2LAnAnm+b1a1110LL0000bM2+AA12（1-14）a2=A1MLLLLLMbmAnanAn−1An−2LA110由此可知，根据式(1-12)、(1-13)、(1-14)便可得到辨识传递函数的参数a,b。1.2实验过程1.2.1无零点模型系统假设系统的传递函数模型为G(s)=12,为无零点的模

11、型，利用10+6.5+1Matlab编程，分别在没有噪声和有噪声两种情况下进行辨识，比较辨识结果。1.没有噪声时，程序如下：clear;%==================获得原传递函数方程=======================%num=[1];den=[106.51];%=====================产生阶跃采样序列======================%T=0.2;%采样周期t=0:T:30;%采样时间L=length(t);%数据长度h=step(num,den,t);%原传递函数的阶跃响应

12、K=h(L)%系统增益%======================面积法求解参数======================%s1=0;fori=1:Ls1=s1+(1-h(i))*T;F(i)=s1;enda1=s1;s2=0;fori=1:Ls2=s2+(