系统辨识的基本概念.ppt

1、a，1，授课时间： 14-15学年第一学期星期四5，6节，星期五1，2节地点：西1-102，203授课对象：控制工程1.4级授课：刘翠玲，刘雪连，系统建模与认知systemmodelingandidentification，2，主要内容：1.1系统和1.2系统识别的定义1.3识别问题的表现形式，1.4识别算法的基本原理，1.5关于误差规范和残奥仪表空间的线性问题，1.6识别的内容和步骤，1.7识别的应用，第一章建模和系统识别的概要，3，实际系统的分析、设计、估计、综合和控制，获得该系统正确描述的数学触摸式数学触摸式精确描述系统系统动态性能，已成为自动控制论和工程实践的重要组成部分。 系统辨识是

2、观察系统，从测定得到的情报中再抽出系统数学模型的理论和方法。 日益成熟。塑造成为各学科的通用语言。 4，4，1.1.1系统(system/process )系统的描述分块图系统的行为特性出现在过程的投入产出数据中。 根据“黑匣子”表现的投入产出信息，建构与“黑匣子”特性等价的过程外特性模型。 系统=工艺特点：完全性、相对性、1.1系统和模型、5、1.1.2模型(model )的语义模型：将有关实际过程本质的部分信息简化为有用的描述形式。 它是描述过程运动规律的，是过程的客观描绘和缩影，是分析、预报和控制过程行为的有利工具。 是人们对于客观事物的主观记述。 6、模型的近似不能考虑所有因素。 精度

3、和复杂度之间的不符点。 如果模型的输出响应和实际过程的输出几乎在任何地方都相等，则模型满脚丫子。 模型的表现形式1 .“直观”模型：2.物理模型：3.格拉夫模型：4.数学模型：数学模型的分类1 .线性和非线性：关于系统线性和残奥仪表空间线性、本质和非线性2 .动态和静态：3.确定性和随机性：宏命令和微观：残奥仪表和非残奥仪表。 由认识的目的决定。 7、数学模型类型：(看过)、差分方程、差分方程、状态方程、代数方程，如经济学Cobb-Dougluas生产关系模型：y产值； l劳动力k资本，8，8，1.1.3建模方法的反应历程法：“白箱”理论是基于物理、化学规律的。 测试法：“黑匣子”理论两者的结

4、合：“灰盒”理论模糊推理建模法：基于模糊推理的操纵系统建模方法的基本原则：目的性：不同目的建模方法的真实性：模型的物理概念明确可见性：模型结构合理，输入持续， 数据为一盏茶节约性：模型残奥表尽可能少，9、Zadeh根据认识的定义(1956年)，在从某小组给出的模型类中确定与测量系统等价的数学模型的L.Liung的定义(1978年)模型类中，按照某标准认识的三个要素： 1、投入产出数据2、模型类3、等价标准实用的认识定义有三个要素数据、模型类和标准。 认知是指，根据一个标准，选择模型类的定径套中最符合数据的模型(近似的说明)。 1.2系统识别的定义、1.0和识别？ (1)鉴定是研究系统和生产过程

5、数学模型建构的理论和方法。 (2)识别是从包含噪声的测量数据中提取被研究对象的数学模型的统计方法。 (3)识别模型是对象投入产出特性在某个基准意义上的近似。 近似程度取决于对系统先验知识的识别和对数据定径套性质的理解程度，以及所选的识别方法是否合理。 (4)识别技术有助于在表达研究对象、现象和系统、过程的复杂因果关系时，尽可能准确地建立它们之间的定量依赖关系。(5)鉴别是实验统计的建模方法。1.1、最小二乘法形式的输出量是输入向量的线性组合：差分方程是最小二乘法形式的线性过程或本质线性过程的模型均可采用最小二乘法形式，可识别1.3问题的表现形式，注意： Z(k )、h(k )为可观测的，最小二

6、乘法形式：例如1 :设定：最小二乘法形式的例子，1.3， 事先将上式建模为最小二乘形式。 本质的线性模型，可以是最小二乘形式。 两侧取上述模型的对数。 例2 :对于某质量的瓦斯气体，不同的体积v对应于不同的压力p，根据热力学原理，压力和体积之间有如下关系：1.4，还有：1.5，其中，y(t )是在各个采样点可以观测到的变量。 一、二和三是保留常数。 例3 :以下模型为最小二乘法： 1.6，在识别图1.7的过程中，描述它的模型必须为图1.8所示的识别表现形式，即最小二乘法形式，输出量为输入量的线性组合。 注意：识别公式的输入量h(t )不再是原始输入量u(t )，噪声项e(k )也不再是原始测量

7、噪声w(k )，而是1.7、基本原理图、1.4识别算法的基本原理、被识别系统、1.8、被识别系统(对象) 的模型种类的选择中，使已知需要预先设定模型类的某个控制量(输入激励信息)作用于被识别系统，测定其响应IO信息，导入反映所识别的系统(对象)和所使用的模型的距离的“距离”的概念指南。 得到的模型是相对的，一个系统的模型拟合是无限的，假设和约束决定了适合特定目的的模型。1.9、新报概念逼近的算法、模型残奥仪的估计值、k时刻、过程输出预报值、预报误差计算：将其称为输出预报误差或新报(Innovation )。1.5关于误差规范及其残奥仪表空间的线性问题、2.0、误差规范也被称为等效规范、误差规范

8、、损失函数或规范函数。 最常用的是输出误差标准：输入误差标准：广义误差标准：2.1、2.2、种类：离线识别、上线了识别。 1.6系统识别的内容和步骤，2.3，识别的主要内容：1.实验设计2 .模型结构识别3 .模型残奥仪表识别4 .模型检测，2.4，识别步骤(过程识别中图1.14 )，2.5，1，明确的识别目的：模型德尔塔类型，精度要求，哪些识别方法(控制，模拟，预测预报，过程) 3、实验设计实验设计包括选择和决定：输入信号(幅度、频带等)的采样时间识别时间的开环或者闭环识别离线或者上线了识别(识别方案)、2.6、持续激励必须在识别时间内把过程的动态持续激励给输入信号。 也就是说，在实验中，输

9、入信号必须把过程的所有模式激发到一盏茶上。 在频谱分析方面，输入信号的频谱应当一盏茶复盖过程的频谱。 Cramer-Rao不等式定理：假设模型噪声向量是零合十礼噪声，模型噪声服从正态概率分布，则最小二乘参数估计值是有效估计，参数估计值偏差的协方差矩阵达到Cramr-Rao不等式的下限。 在此，m是Fisher信息矩阵：2.7，最佳输入是使Fisher信息矩阵的逆标量函数最小化，该标量函数可以将模型精度作为做评估尺度函数。 d最佳基准1 .托蕾丝花边(a最佳)2.取行列式(d最佳)的输入信号的选择1 .持续激励输入信号的要求2 .最佳输入信号设计的要求采样时间的选择1 .满足采样定理即采样速度为

10、信号截止频率的2倍以上2 .最终应用模型时的采样2.8，4，数据零值处理有限差分法(Isermann，1981 )平均法去除射频波成分(一般采用低通滤镜) 5，模型结构识别模型检测前结构假设，模型结构残奥仪确定。 6、模型残奥仪表识别(本课程主要内容)模型结构确定后，模型残奥仪表识别7、模型验证模型检验是不可或缺的步骤。 常用的是“白度”检查法、交叉检查法。 这是建模的难点，模拟了VVA (验证、验证、确认)、2.9、VVA (验证、验证、确认)建立模型进行验证、验证和确认(简称验证、验证、VVA ) 建模和仿真的精准性和可靠性评价是虚拟仿真技术永恒的生命线，其研究最早是从仿真模型的验证研究开始的。3.0、系统识别的准确性原因：结构近似、数据污染和数据长度有限。 识别结果的精度需要评价的基准，精度因基准而异。 最终的评价标准是实际应用中的效果。系统识别的基本方法采用数学模型的形式：非残奥仪表识别经典识别、冲击响应、阶跃响应、频率响应、相关性分析、谱分析法。 具有残奥仪表识别现代识别方法(最小二乘法等)、3.1、工业上广泛的应用领域。 1 .操纵系统设计与分析：获得受控对象系统数学模型后，以该模型为基础课，设计比较合理的操纵系统，分析以往系统的性能，提出改进. 对1.7系统识别的应用、3.2、2、模型