系统辨识课件.ppt

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1、1系统辨识电气工程与自动化学院陈冲2课程主要内容第一章概述第二章过渡响应法和频率响应法第三章辨识线性系统脉冲响应函数的相关分析法结束第四章线性系统参数估计的最小二乘法第五章线性系统的状态估计法3第一章概述一、建模的必要性二、模型三、建模方法四、系统辨识的内容（或步骤）4一、建模的必要性课程的核心问题是建模，主要是辨识建模。系统辨识是研究辨识建模的理论和方法。数学模型的主要用途：控制理论与控制工程就一直围绕着建立模型和控制器设计这两个主题来发展，它们相互依赖、相互渗透并相互发展。用来预报实际系统物理量研究实际系统往往需要事先知道一些物理量的数值，而其中有些量可能无法直接测量

2、或测不准，所以需要建立数学模型来预报。第一章概述5为了设计控制系统目前,对被控系统的控制器的设计方法的选取,以及如何进行具体的控制结构和参数的设计都广泛依赖于对被控系统的理解及所建立的被控系统数学模型。用于分析实际系统工程上在分析一个新系统时，通常先进行数学仿真，仿真的前提必须有数学模型。第一章概述建模问题在控制器设计中起着非常重要的作用,是设计中首先需要解决的问题；是成功地进行控制器设计的关键之一。第一章概述系统的模型一般分物理模型与数学模型物理模型：指用物理、化学、生物等材料构成的用于描述系统中的关系和特征的实体模型。模型：就是把系统实体的本质信息简缩成有用的描述形

3、式，数学模型：描述系统中一些关系和特征的数据模型。控制领域的数学模型就是指能用来描述系统的动态或静态特性和行为的数学表达式或方程。是进行系统分析、预报、优化及控制系统设计的基础。二、模型是一种简化描述。71、理论建模法：通过对系统内在机理的分析，按照已知的一些物理定律导出各物理量关系来建立数学模型。理论建模法建立的模型称为机理模型。一般在理论建模中,根据模型应用的目的和精度要求,仅考虑系统中起主导作用的有限的几个因素即可。缺陷：当验前信息不足时，用理论建模法会遇到很大困难。对于比较复杂的过程，必须对机理模型简化，这就使得机理建模与实际过程间有一定的误差。第一章概述三、建

4、模方法8理论建模通常只能用以建立比较简单系统的模型（白箱问题）。由于许多系统的机理和所处的环境越来越复杂，因此，理论建模法的运用亦越来越困难，其局限性越来越大,需要建立新的建模方法。第一章概述在被建模的装置尚不存在（设计阶段）或虽存在但无法进行实验时，理论建模是取得模型的唯一途径，是验前问题中唯一可行的方法。理论建模的难点在于对有关学科知识及实际经验的掌握，故不属于课程的讨论范围。在理论建模方法难以进行或难以达到要求的情况下，系统辨识建模方法就幸运而生。92、辨识建模法：对被控系统进行测试，利用观测数据，通过辨识技术去构造系统模型的方法。系统辩识是研究怎样利用对未知系统的

5、试验数据或在线运行数据(输入/输出数据)建立描述系统的数学模型的科学。系统辩识亦称为实验建模方法,它是“系统分析”和“控制系统设计”的逆问题。第一章概述是现代控制理论的一个分支。1）完全辨识问题：第一章概述完全不了解系统的任何基本特性（定常—时变；线性—非线性；确定—随机等）。这类问题称为黑箱问题。这是一个极难解决的问题，通常需要对系统作某些主观的先验假设。2）部分辨识问题：系统的某些基本特性假定是已知的，但不知动态模型的阶次或有关的系数。这类问题称为灰箱问题。显然比黑箱问题容易解决。根据对系统事先了解的程度（先验知识）可将辨识问题分成二类：完全辨识问题和部分辨识问题。1

6、1大部分工程系统及工业过程都属于灰箱问题。通常对系统的结构会有很多了解，因此可推导得系统特定的数学模型。在这种情况下只要定阶和确定模型中的一组参数。从而模型化问题简化为参数估计。因此参数估计是一个最重要的问题。第一章概述有效的辨识策略：尽可能地掌握系统的先验知识，即尽可能地使系统“白化”；有效的辨识方法：“灰箱”方法。将两种方法结合起来，互为补充。对依然“黑”的部分，用理论建模方法不能确定的部分和参数，采用系统辨识方法。12第一章概述系统辨识的框图13模糊数学创始人L.A.Zadeh第一章概述1962年Zadeh从数学的角度定义:辨识就是在输入输出数据的基础上，从一组给定

7、的模型类中，确定一个与所测系统等价的模型。1978年瑞典的李龙(Ljung)提出:系统辩识的三个要素——数据、模型类和准则。系统辩识是按照一个准则，在模型类中选择一个与数据拟合得最好的模型。拟合的好坏是一个不定的概念，所以要用准则来判别。3、系统辨识的定义所谓辨识建模是从实验数据出发，根据辨识的目的以及对过程已有的验前知识，预先给出一个模型类（线性的、非线性的、定常的、时变的、连续的、离散的…）进行拟合。14第一章概述它是一个迭代过程。大致包括：试验设计，模型结构确定，参数估计和模型验证。四、系统辨识的内容（或步骤）满意辨识