DMP第3章-系統(tǒng)(模型)辨識基礎課件

第3章系統(tǒng)(模型)辨識基礎《動態(tài)測量原理》第3章系統(tǒng)(模型)辨識基礎《動態(tài)測量原理》1§3.1系統(tǒng)辨識的內(nèi)涵系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟第3章系統(tǒng)(模型)辨識基礎系統(tǒng)辨識中常用的常用的誤差準則系統(tǒng)辨識中常用的激勵源(

輸入信號）§3.2§3.3§3.4連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng)的仿真關(guān)系(模型的仿真關(guān)系)§3.5§3.1系統(tǒng)辨識的內(nèi)涵系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟第3章系統(tǒng)2

辨識就是在輸入和輸出數(shù)據(jù)的基礎上，從一組給定的模型類中，確定一個與所測系統(tǒng)等價的模型。

辨識問題可以歸結(jié)為用一個模型來表示客觀系統(tǒng)(或?qū)⒁獦?gòu)造的系統(tǒng))本質(zhì)特征的一種演算，并用這個模型把對客觀系統(tǒng)的理解表示成有用的形式。L.A.Zadeh定義(1962年)

P．Eykhoff定義(1974年)

L．Ljung定義(1978年)辨識有3個要素---數(shù)據(jù)、模型類和準則?！?.1系統(tǒng)辨識的內(nèi)涵

辨識就是按照一個準則在一組模型類中選擇一個與數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。辨識就是在輸入和輸出數(shù)據(jù)的基礎上，從一組給定的模3實驗辨識(建模)方法§3.2系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟實驗辨識(建模)方法§3.2系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟4四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟①辨識實驗設計：關(guān)鍵是辨識激勵信號的設計；

辨識激勵信號有三類：諧波激勵，瞬態(tài)激勵和隨機激勵四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟①辨識實驗設計：關(guān)鍵是辨識5四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟②辨識實驗實施：關(guān)鍵是有效防止各種噪聲干擾；③模型辨識四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟②辨識實驗實施：關(guān)鍵是有效6四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟④模型驗證四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟④模型驗證7§3.2系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟§3.2系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟8誤差準則是用來衡量模型接近系統(tǒng)實驗情況的標準。也稱為等價準則、損失函數(shù)、準則函數(shù)、誤差準則函數(shù)等。

系統(tǒng)辨識中常用的誤差準則§3.3通常被表示為誤差的泛函數(shù)，記作選擇不同的誤差淮則可導出不同的辨識算法，應用中用得最多的是平方函數(shù)，即

辨識有3個要素---數(shù)據(jù)、模型類和準則。辨識就是按照一個準則在一組模型類中選擇一個與數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。誤差準則是用來衡量模型接近系統(tǒng)實驗情況的標準。系統(tǒng)辨識中常用9輸出誤差：

辨識問題可以歸結(jié)為用一個模型來表示客觀系統(tǒng)(或?qū)⒁獦?gòu)造的系統(tǒng))本質(zhì)特征的一種演算，并用這個模型把對客觀系統(tǒng)的理解表示成有用的形式。

輸出誤差準則

廣義誤差準則

y(k)---實際系統(tǒng)的輸出；ym(k)---模型的輸出在更一般的條件下，誤差可以定義為系統(tǒng)辨識中常用的誤差準則§3.3式中稱為廣義模型，此誤差稱為廣義誤差。在廣義誤差中最常用的是方程式誤差。輸出誤差：辨識問題可以歸結(jié)為用一個模型來表示10當模型結(jié)構(gòu)采用以下差分方程時系統(tǒng)辨識中常用的誤差準則§3.3顯然此誤差準則函數(shù)關(guān)于模型參數(shù)空間是線性的，求它的最優(yōu)解比較簡單，因而許多辨識算法都采用了這種誤差準則。誤差準則函數(shù)為則方程誤差為當模型結(jié)構(gòu)采用以下差分方程時系統(tǒng)辨識中常用的誤差準則§3111理想階躍信號2帶斜坡的階躍信號半正弦信號3系統(tǒng)辨識中常用的激勵源(

輸入信號）§3.4白噪聲與偽隨機信號41理想階躍信號2帶斜坡的階躍信號半正弦信號3系統(tǒng)辨識中常用12

理想階躍信號：實際上階躍信號具有上升空間成為帶斜坡的階躍

信號，數(shù)學上定義的階躍信號上升空間為零，稱為理想階躍信號。理想階躍信號的頻譜：理想階躍信號理想階躍信號：實際上階躍信號具有上升空間成為帶斜坡13幅頻：如圖所示幅頻：如圖所示142帶斜坡的階躍信號帶斜坡的階躍信號2帶斜坡的階躍信號帶斜坡的階躍信號15DMP第3章_系統(tǒng)(模型)辨識基礎課件16帶斜坡階躍信號的幅頻譜帶斜坡階躍信號的幅頻譜17DMP第3章_系統(tǒng)(模型)辨識基礎課件183半正弦信號拉氏變換：半正弦信號3半正弦信號拉氏變換：半正弦信號19不同脈寬的半正弦信號幅頻譜幅頻譜：不同脈寬的半正弦信號幅頻譜幅頻譜：20歸一化幅頻譜：半正弦信號的歸一化幅頻譜歸一化幅頻譜：半正弦信號的歸一化幅頻譜21偽隨機信號：偽隨機信號是自相關(guān)函數(shù)和功率密度譜在一定條件下接近于白噪聲的確定性、周期性的信號。偽隨機信號：偽隨機信號是自相關(guān)函數(shù)和功率密度譜在一定22Thankyou!Thankyou!23第3章系統(tǒng)(模型)辨識基礎《動態(tài)測量原理》第3章系統(tǒng)(模型)辨識基礎《動態(tài)測量原理》24§3.1系統(tǒng)辨識的內(nèi)涵系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟第3章系統(tǒng)(模型)辨識基礎系統(tǒng)辨識中常用的常用的誤差準則系統(tǒng)辨識中常用的激勵源(

輸入信號）§3.2§3.3§3.4連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng)的仿真關(guān)系(模型的仿真關(guān)系)§3.5§3.1系統(tǒng)辨識的內(nèi)涵系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟第3章系統(tǒng)25

辨識就是在輸入和輸出數(shù)據(jù)的基礎上，從一組給定的模型類中，確定一個與所測系統(tǒng)等價的模型。

辨識問題可以歸結(jié)為用一個模型來表示客觀系統(tǒng)(或?qū)⒁獦?gòu)造的系統(tǒng))本質(zhì)特征的一種演算，并用這個模型把對客觀系統(tǒng)的理解表示成有用的形式。L.A.Zadeh定義(1962年)

P．Eykhoff定義(1974年)

L．Ljung定義(1978年)辨識有3個要素---數(shù)據(jù)、模型類和準則?！?.1系統(tǒng)辨識的內(nèi)涵

辨識就是按照一個準則在一組模型類中選擇一個與數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。辨識就是在輸入和輸出數(shù)據(jù)的基礎上，從一組給定的模26實驗辨識(建模)方法§3.2系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟實驗辨識(建模)方法§3.2系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟27四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟①辨識實驗設計：關(guān)鍵是辨識激勵信號的設計；

辨識激勵信號有三類：諧波激勵，瞬態(tài)激勵和隨機激勵四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟①辨識實驗設計：關(guān)鍵是辨識28四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟②辨識實驗實施：關(guān)鍵是有效防止各種噪聲干擾；③模型辨識四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟②辨識實驗實施：關(guān)鍵是有效29四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟④模型驗證四個基本步驟：系統(tǒng)辨識的一般步驟④模型驗證30§3.2系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟§3.2系統(tǒng)辨識的基本方法和步驟31誤差準則是用來衡量模型接近系統(tǒng)實驗情況的標準。也稱為等價準則、損失函數(shù)、準則函數(shù)、誤差準則函數(shù)等。

系統(tǒng)辨識中常用的誤差準則§3.3通常被表示為誤差的泛函數(shù)，記作選擇不同的誤差淮則可導出不同的辨識算法，應用中用得最多的是平方函數(shù)，即

辨識有3個要素---數(shù)據(jù)、模型類和準則。辨識就是按照一個準則在一組模型類中選擇一個與數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。誤差準則是用來衡量模型接近系統(tǒng)實驗情況的標準。系統(tǒng)辨識中常用32輸出誤差：

辨識問題可以歸結(jié)為用一個模型來表示客觀系統(tǒng)(或?qū)⒁獦?gòu)造的系統(tǒng))本質(zhì)特征的一種演算，并用這個模型把對客觀系統(tǒng)的理解表示成有用的形式。

輸出誤差準則

廣義誤差準則

y(k)---實際系統(tǒng)的輸出；ym(k)---模型的輸出在更一般的條件下，誤差可以定義為系統(tǒng)辨識中常用的誤差準則§3.3式中稱為廣義模型，此誤差稱為廣義誤差。在廣義誤差中最常用的是方程式誤差。輸出誤差：辨識問題可以歸結(jié)為用一個模型來表示33當模型結(jié)構(gòu)采用以下差分方程時系統(tǒng)辨識中常用的誤差準則§3.3顯然此誤差準則函數(shù)關(guān)于模型參數(shù)空間是線性的，求它的最優(yōu)解比較簡單，因而許多辨識算法都采用了這種誤差準則。誤差準則函數(shù)為則方程誤差為當模型結(jié)構(gòu)采用以下差分方程時系統(tǒng)辨識中常用的誤差準則§3341理想階躍信號2帶斜坡的階躍信號半正弦信號3系統(tǒng)辨識中常用的激勵源(

輸入信號）§3.4白噪聲與偽隨機信號41理想階躍信號2帶斜坡的階躍信號半正弦信號3系統(tǒng)辨識中常用35

理想階躍信號：實際上階躍信號具有上升空間成為帶斜坡的階躍

信號，數(shù)學上定義的階躍信號上升空間為零，稱為理想階躍信號。理想階躍信號的頻譜：理想階躍信號理想階躍信號：實際上階躍信號具有上升空間成為帶斜坡36幅頻：如圖所示幅頻：如圖所示372帶斜坡的階躍信號帶斜坡的階躍信號2帶斜坡的階躍信號帶斜坡的階躍信號38DMP第3章_系統(tǒng)(模型)辨識基礎課件39帶斜坡階躍信號的幅頻譜帶斜坡階躍信號的幅頻譜40DMP第3章_系統(tǒng)(模型)辨識基礎課件413半正弦信號拉氏變換