第1章 绪论 系统辨识理论及Matlab仿真课件.docxVIP

系统辨识

第一章绪论

刘金琨

1自动化科学与电气工程学院

1

SchoolofAutomationScienceAndElectricalEngineering

.(系统辨识课程的基本要求

.

(

1、掌握系统辨识方法的基本原理

2、针对实际的工程问题，能够用系统辨识方法进行设计

3、能够应用Matlab编程实现系统辨识，解决实际问题

的系统辨识方法

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课程的主要内容、安排及授课教师

·绪论(3学时)

·系统辨识常用输入信号(6学时):沈晓蓉老师

极大似然法辨识及应用(6学时):沈晓蓉老师

最小二乘法辨识及应用(6学时):赵龙老师

线性系统辨识及应用(4学时)

神经网络辨识及应用(5学时)

模糊系统辨识及应用(4学时)

智能算法(遗传算法、粒子群算法)辨识及应用(4学时)

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注意事项

考试方式：闭卷

本课程为北航校级精品课，课程网址：

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包括课件+作业+程序+相关文献+答疑

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系统辨识的提出

●为了实现控制算法的设计，需要确定模型参数的值。

●对有些对象，如化学反应过程等，由于其复杂性，很难用理论分析的方法推导出数学模型，有时只能知道数学模型的一般形式及部分参数，有时甚至连数学模型的一般形式都不知道。

●因此，提出了怎样确定系统的数学模型及参数的问题，这就是所谓的系统辨识问题。

系统辨识是控制论的一个分支，系统辨识、状态估计和控制

理论是现代控制理论的三大支柱。系统辨识和状态估计离不开和

控制理论的支持，控制理论的应用不能脱离对象的数学模型。

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系统辨识理论是一门应用范围很广的一门学科，其应用已经遍及许多领域。目前不仅工程控制对象需要建立数学模型，而且在其它领域，如生物学、生态学、医`学、天文学以及社会经济学等领域也需要建立数学模型，并根据数学模型来确定最终控制决策。对于上述各个领域，由于系统比较复杂，不能用理论分析的方法获得

数学模型。

系统辨识是根据系统的试验数据来确定系统的数学模型，必须

存在实际系统的输入输出数据。

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1.1建立数学模型的基本方法

(1)理论分析法

这种方法主要是通过分析系统的运动规律，运用已知的定律、定理和原理，例如力学原理、生物学定律、牛顿定理、能量平衡方程、传热传质原理等，利用数学方法进行推导，建立系统的数学模

型。

理论分析方法只能用于较简单系统的建模，并且对系统的机理要有较清楚的了解。对于比较复杂的实际系统，这种建模方法有很

大的局限性。

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理论分析法实例：机械手动力学建模

根据力学原理，n关节机械手方程为

D(q)i+c(q,q)q+G=T+d

其中D(q)为n×n阶正定惯性矩阵，

北航自动化科学与电气工程学院c(q,q)为n×n离心和哥氏力项，

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重力项。T为控制输入，d

G(q)为n×1阶

为外加干扰。

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(2)测试法

系统的输入输出一般总是可以测量的。由于系统的动态特性必

然表现于这些输入输出数据中，故可以利用输入输出数据所提供的

信息来建立系统的数学模型或求模型的参数。这种建模方法就是系

统辨识。

与理论分析方法相比，测试法的优点是不需要深入了解系统的机理，不足之处是必须设计一个合理的试验以获取所需要的大量信

息，而设计合理的试验是很困难的。

在实际研究中，往往将理论分析方法和测试法相结合，机理已知部分(名义模型)采用理论分析方法，机理未知部分采用测试方

法。

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测试法