工學(xué)系統(tǒng)辨識(shí)第一章課件

系統(tǒng)辨識(shí)基礎(chǔ)1系統(tǒng)辨識(shí)基礎(chǔ)1系統(tǒng)辨識(shí)☆第一章模型方法與辨識(shí)☆第二章脈沖響應(yīng)辨識(shí)

☆第三章最小二乘辨識(shí)☆第四章極大似然辨識(shí)☆第五章時(shí)間序列建模與隨機(jī)逼近辨識(shí)☆第六章模型階次的辨識(shí)☆第七章閉環(huán)系統(tǒng)辨識(shí)2系統(tǒng)辨識(shí)☆第一章模型方法與辨識(shí)2第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)概述：系統(tǒng)辨識(shí)的由來(lái)理論上實(shí)際上====》任務(wù)系統(tǒng)辨識(shí)的三要素模型數(shù)據(jù)準(zhǔn)則類(lèi)====》定義系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程辨識(shí)目的驗(yàn)前知識(shí)====》具體過(guò)程3第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)概述：3第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)☆1-1系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題☆1-2系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程4第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)☆1-1系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題4第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)§1-1系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題一、模型化與系統(tǒng)辨識(shí)在大部分實(shí)際系統(tǒng)中，如工業(yè)控制過(guò)程，為了設(shè)計(jì)一個(gè)有效的控制方案，如優(yōu)化設(shè)計(jì)、魯棒控制設(shè)計(jì)、自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)等，都需要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)于簡(jiǎn)單系統(tǒng)，可以利用物理、化學(xué)、生物規(guī)律，采用解析的方法建立起系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；但對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，特別是有關(guān)系統(tǒng)及其環(huán)境的先驗(yàn)信息不充分情況下，就必須采用實(shí)驗(yàn)研究的方法確定系統(tǒng)的等價(jià)數(shù)學(xué)模型，包含用試驗(yàn)方法確定某些重要的物理參數(shù)，如傳熱系數(shù)、化學(xué)反應(yīng)率、阻尼系數(shù)等，這種試驗(yàn)方法，稱之為系統(tǒng)辨識(shí)方法。5第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)§1-1系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題一、模型二、系統(tǒng)辨識(shí)的提法及分類(lèi)系統(tǒng)辨識(shí)是為了適應(yīng)系統(tǒng)模型化要求而產(chǎn)生的一門(mén)技術(shù)，應(yīng)用十分廣泛。除工業(yè)控制系統(tǒng)外，在國(guó)防、經(jīng)濟(jì)、生理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、生態(tài)學(xué)、運(yùn)輸及社會(huì)系統(tǒng)中，都有非常重要的應(yīng)用。1、系統(tǒng)辨識(shí)定義系統(tǒng)辨識(shí)是在設(shè)定的模型類(lèi)中，按照某個(gè)準(zhǔn)則，選擇一個(gè)與被識(shí)別系統(tǒng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。6二、系統(tǒng)辨識(shí)的提法及分類(lèi)系統(tǒng)辨識(shí)是為了適應(yīng)系被辨識(shí)系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)系統(tǒng)模型輸入輸出噪聲噪聲MM測(cè)量?jī)x器可測(cè)量輸入可測(cè)量輸出擾動(dòng)系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題可用如下方框圖表示：7被辨識(shí)系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)系統(tǒng)模型輸入輸出噪聲噪聲MM測(cè)量?jī)x器可測(cè)量

由圖可見(jiàn)，為了獲得系統(tǒng)模型，需用各種輸入信號(hào)來(lái)測(cè)試被辨識(shí)系統(tǒng)，并觀測(cè)被辨識(shí)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，然后采用辨識(shí)技術(shù)來(lái)處理輸入—輸出數(shù)據(jù)，獲得模型。辨識(shí)要求系統(tǒng)被充分激勵(lì)2、系統(tǒng)辨識(shí)三要素由系統(tǒng)辨識(shí)定義可見(jiàn)，系統(tǒng)辨識(shí)三要素是：模型、數(shù)據(jù)、準(zhǔn)則8由圖可見(jiàn)，為了獲得系統(tǒng)模型，需用各種對(duì)于辨識(shí)中設(shè)定的模型類(lèi)，可以是：⑴模型參數(shù)模型─指?jìng)鬟f函數(shù)(陣)、微分方程(差分方

程）及狀態(tài)方程；非參數(shù)模型─脈沖響應(yīng)、頻率響應(yīng)(非顯含參數(shù))也可以是：線性或非線性；連續(xù)或離散；定?；驎r(shí)變；確定型或隨機(jī)型；單變量或多變量等。

本書(shū)重點(diǎn)討論線性定常系統(tǒng)辨識(shí)。9對(duì)于辨識(shí)中設(shè)定的模型類(lèi)，可以是：⑴模型參數(shù)模型─指?jìng)鬟f函數(shù)(⑵數(shù)據(jù)所選擇的輸入試驗(yàn)信號(hào)及被辨識(shí)系統(tǒng)的輸出觀測(cè)信息，稱之為數(shù)據(jù)。⑶準(zhǔn)則被辨識(shí)系統(tǒng)與辨識(shí)所得的系統(tǒng)模型是近似等價(jià)的，檢驗(yàn)這種實(shí)際系統(tǒng)與辨識(shí)模型之間近似程度的性能準(zhǔn)則函數(shù)，稱為準(zhǔn)則。10⑵數(shù)據(jù)所選擇的輸入試驗(yàn)信號(hào)及被辨識(shí)系統(tǒng)的輸出觀測(cè)信3、系統(tǒng)辨識(shí)分類(lèi)根據(jù)對(duì)系統(tǒng)事先的了解程度，系統(tǒng)辨識(shí)可分成兩類(lèi)。⑴完全辨識(shí)問(wèn)題

事先完全不了解系統(tǒng)的任何基本特征，如線性還是非線性，無(wú)記憶還是有記憶等。此類(lèi)辨識(shí)極難解決，稱之為黑箱問(wèn)題。⑵部分辨識(shí)問(wèn)題假定系統(tǒng)的某些特性，如線性度、頻帶寬度等是已知的，但不知系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程的階次或有關(guān)參數(shù)值。此類(lèi)辨識(shí)稱之為灰箱問(wèn)題，比黑箱問(wèn)題容易解決。113、系統(tǒng)辨識(shí)分類(lèi)根據(jù)對(duì)系統(tǒng)事先的了解程度，系統(tǒng)辨識(shí)可分成兩實(shí)際上，絕大多數(shù)工程系統(tǒng)及工業(yè)過(guò)程都屬于灰箱。在一般情況下，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有若干了解，利用辨識(shí)方法可以導(dǎo)出系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的特定數(shù)學(xué)模型。此時(shí)，往往只要解決系統(tǒng)模型方程中的一組參數(shù)確定即可，從而使模型化的系統(tǒng)辨識(shí)簡(jiǎn)化為參數(shù)辨識(shí)（或稱參數(shù)估計(jì)）。由于大多數(shù)的系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題總可以闡述為或簡(jiǎn)化為參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題，因而參數(shù)辨識(shí)或稱參數(shù)估計(jì)是系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)研究中的一個(gè)最重要的方面。12實(shí)際上，絕大多數(shù)工程系統(tǒng)及工業(yè)過(guò)程都屬于灰箱三、參數(shù)辨識(shí)1、參數(shù)辨識(shí)的本質(zhì)

實(shí)際情況─系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)受到噪聲影響，而且先驗(yàn)的模型方程存在誤差。

參數(shù)辨識(shí)本質(zhì)─利用統(tǒng)計(jì)分析方法，確定一個(gè)特定的數(shù)學(xué)模型，能與具有噪聲的觀測(cè)數(shù)據(jù)相擬合。理想情況─精確地測(cè)量系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，就能準(zhǔn)確判斷并獲得系統(tǒng)模型方程中的待定參數(shù)。13三、參數(shù)辨識(shí)1、參數(shù)辨識(shí)的本質(zhì)2、參數(shù)辨識(shí)種類(lèi)⑴結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識(shí)

對(duì)單入－單出系統(tǒng),通常指系統(tǒng)模型方程的階次和時(shí)滯;對(duì)多入－多出系統(tǒng)，不同的模型形式有不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)，例如：對(duì)可觀（可控）標(biāo)準(zhǔn)型，結(jié)構(gòu)參數(shù)指可觀（可控）型指數(shù)。⑵模型參數(shù)辨識(shí)模型參數(shù)指不依賴于輸入、輸出和狀態(tài)變量的參量，例如傳遞函數(shù)、微分方程、差分方程中的各個(gè)系數(shù)，或者如狀態(tài)方程中各系數(shù)矩陣中諸元素。模型參數(shù)辨識(shí)指：在確定模型類(lèi)型和結(jié)構(gòu)參數(shù)后，根據(jù)輸入、輸出觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用一定性能準(zhǔn)則和計(jì)算方法，估計(jì)模型參數(shù)的數(shù)值。142、參數(shù)辨識(shí)種類(lèi)⑴結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識(shí)對(duì)單3、參數(shù)辨識(shí)（估計(jì)）方法參數(shù)辨識(shí)，或稱參數(shù)估計(jì)的方法很多，如極大似然法、最小二乘法、輔助變量法、廣義最小二乘法、隨機(jī)逼近法等，已成功地應(yīng)用于辨識(shí)問(wèn)題。在眾多參數(shù)估計(jì)方法中，最小二乘法應(yīng)用比較廣泛，其原因在于：⑴最小二乘法是一種經(jīng)典方法，源于高斯用于天體觀測(cè)，許多領(lǐng)域科學(xué)家都熟悉，愿意使用；⑵最小二乘法概念簡(jiǎn)明，計(jì)算方便，適用范圍廣；⑶最小二乘法能方便地與其他辨識(shí)算法進(jìn)行組合，系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題便于統(tǒng)一處理。153、參數(shù)辨識(shí)（估計(jì)）方法參數(shù)辨識(shí)，或稱參數(shù)估4、參數(shù)辨識(shí)模式⑴離線辨識(shí)把待辨識(shí)對(duì)象從整個(gè)系統(tǒng)中分離出來(lái)，然后把大量輸入－輸出數(shù)據(jù)貯存起來(lái)，并用一定辨識(shí)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，估計(jì)對(duì)象參數(shù)。其特點(diǎn)：

·計(jì)算時(shí)間不受?chē)?yán)格限制；

·辨識(shí)精度較高;

·信息存貯量大；·有使用限制，不適用于不允許中斷正常運(yùn)行的系統(tǒng)。164、參數(shù)辨識(shí)模式⑴離線辨識(shí)把待辨識(shí)對(duì)象從⑵在線辨識(shí)直接利用被辨識(shí)對(duì)象在實(shí)際運(yùn)行條件下對(duì)輸入－輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行遞推計(jì)算，根據(jù)遞推獲得的新息去修正或刷新原有的參數(shù)估計(jì)值，其特點(diǎn)：·不中斷系統(tǒng)正常運(yùn)行;

·不需要貯存大量數(shù)據(jù)，內(nèi)存空間要求小；

·算法要求快速收斂。17⑵在線辨識(shí)直接利用被辨識(shí)對(duì)象在實(shí)際運(yùn)行條件下§1-2系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程在系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程中，首先要明確辨識(shí)目的，因?yàn)椴煌哪康男璨捎貌煌谋孀R(shí)方法。舉例飛機(jī)模型：空氣動(dòng)力學(xué)精確研究氣動(dòng)特性高階姿態(tài)控制器縱向運(yùn)動(dòng)橫向運(yùn)動(dòng)低階一、系統(tǒng)辨識(shí)目的通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，以模仿真實(shí)系統(tǒng)的行為，研究不同的控制策略對(duì)系統(tǒng)的效應(yīng)，進(jìn)行仿真研究。⒈仿真通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的目的大致有如下方面:18§1-2系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程在系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程⒉預(yù)測(cè)

建?？疾煜到y(tǒng)未來(lái)的演變規(guī)律和趨勢(shì)，從而預(yù)先做出決策，例如電力系統(tǒng)負(fù)荷量預(yù)測(cè)；河道流量預(yù)測(cè)；人口規(guī)律預(yù)測(cè)；市場(chǎng)銷(xiāo)售預(yù)測(cè)等。⒊控制系統(tǒng)辨識(shí)建模為了設(shè)計(jì)合適的控制器，并進(jìn)行優(yōu)化。建模目的對(duì)系統(tǒng)辨識(shí)要求起決定性影響，如辨識(shí)精度、辨識(shí)速度等。例如：19⒉預(yù)測(cè)建?？疾煜到y(tǒng)未來(lái)的演變規(guī)律和趨勢(shì)，從而預(yù)報(bào)模型。其精度可低于物理參數(shù)監(jiān)測(cè)，故障檢測(cè)模型；最優(yōu)控制。其精度要高于常規(guī)控制模型精度；系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)。辨識(shí)速度無(wú)特殊要求；在線監(jiān)控。要求快速辨識(shí)。20預(yù)報(bào)模型。其精度可低于物理參數(shù)監(jiān)測(cè)，故障檢測(cè)模型；最優(yōu)控制。二、驗(yàn)前知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)前，對(duì)待辨識(shí)系統(tǒng)模型掌握的情況稱為驗(yàn)前知識(shí)。包括如下含義：⒈事先已具備的驗(yàn)前知識(shí)模型類(lèi)型，結(jié)構(gòu)參數(shù)，參數(shù)約束，參數(shù)取值范圍。⒉環(huán)境假定如系統(tǒng)性能是否定常？有無(wú)非線性或時(shí)滯？噪聲統(tǒng)計(jì)特性？參數(shù)驗(yàn)前估值，參數(shù)驗(yàn)前概率分布等。驗(yàn)前知識(shí)越多，辨識(shí)過(guò)程中的盲目性越少.21二、驗(yàn)前知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)前，對(duì)待辨識(shí)系統(tǒng)模型三、系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)辨識(shí)目的驗(yàn)前知識(shí)輸入輸出數(shù)據(jù)驗(yàn)前參數(shù)估值其他數(shù)據(jù)集合模型選擇模型參數(shù)估計(jì)模型驗(yàn)證滿意不滿意最終模型22三、系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)辨識(shí)目的驗(yàn)前知識(shí)輸入輸出數(shù)據(jù)驗(yàn)前⒈實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)⑴根據(jù)建模要求，確定系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)；⑵持續(xù)激勵(lì)條件保證實(shí)驗(yàn)獲得合理結(jié)果。要求輸入信號(hào)能激勵(lì)被辨識(shí)系統(tǒng)的所有模態(tài)。⑶容許的實(shí)驗(yàn)條件限制輸入和輸出的振幅限制與功率限制；實(shí)驗(yàn)時(shí)間；樣本總數(shù)；最大采樣速度；傳感器和濾波器的有效性；軟件有效性。23⒈實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)⑴根據(jù)建模要求，確定系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)；⑵持⒉模型類(lèi)型和結(jié)構(gòu)的選擇⑴根據(jù)建模要求，選擇滿足一定約束的模型集合如線性模型或非線性模型；連續(xù)模型或離散模型；定常模型或時(shí)變模型；確定性模型或隨機(jī)模型。⑵選擇模型結(jié)構(gòu)參數(shù)；⑶合理簡(jiǎn)化模型。24⒉模型類(lèi)型和結(jié)構(gòu)的選擇⑴根據(jù)建模要求，選擇滿足一定約束的模型⒊模型參數(shù)估計(jì)⑴確定滿足某種準(zhǔn)則的參數(shù)空間；⑵選擇合適的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)則最小方差準(zhǔn)則；線性最小方差準(zhǔn)則；極大似然準(zhǔn)則.⒋模型驗(yàn)證⑴驗(yàn)證與驗(yàn)前信息的一致性對(duì)辨識(shí)建模的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，根據(jù)其輸出進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，估算出模型的各種性質(zhì)，從而判斷與驗(yàn)前信息是否一致。25⒊模型參數(shù)估計(jì)⑴確定滿足某種準(zhǔn)則的參數(shù)空間；⑵選擇合適的統(tǒng)計(jì)⑵交叉驗(yàn)證將一組數(shù)據(jù)得到的辨識(shí)結(jié)果與另一組獨(dú)立數(shù)據(jù)得到的辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證模型的可靠性與有效性。⑶原始參數(shù)校驗(yàn)通過(guò)辨識(shí)，原系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)的物理含義應(yīng)保持不變，例如代表質(zhì)量的原始參數(shù)不容許出現(xiàn)負(fù)值。⑷殘差校核在充分提取信息情況下，殘差(實(shí)際輸出與估計(jì)輸出之差)應(yīng)是白色的，不應(yīng)包含峰值、正弦等信號(hào)成份。26⑵交叉驗(yàn)證將一組數(shù)據(jù)得到的辨識(shí)結(jié)果與另一組獨(dú)系統(tǒng)辨識(shí)基礎(chǔ)27系統(tǒng)辨識(shí)基礎(chǔ)1系統(tǒng)辨識(shí)☆第一章模型方法與辨識(shí)☆第二章脈沖響應(yīng)辨識(shí)

☆第三章最小二乘辨識(shí)☆第四章極大似然辨識(shí)☆第五章時(shí)間序列建模與隨機(jī)逼近辨識(shí)☆第六章模型階次的辨識(shí)☆第七章閉環(huán)系統(tǒng)辨識(shí)28系統(tǒng)辨識(shí)☆第一章模型方法與辨識(shí)2第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)概述：系統(tǒng)辨識(shí)的由來(lái)理論上實(shí)際上====》任務(wù)系統(tǒng)辨識(shí)的三要素模型數(shù)據(jù)準(zhǔn)則類(lèi)====》定義系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程辨識(shí)目的驗(yàn)前知識(shí)====》具體過(guò)程29第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)概述：3第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)☆1-1系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題☆1-2系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程30第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)☆1-1系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題4第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)§1-1系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題一、模型化與系統(tǒng)辨識(shí)在大部分實(shí)際系統(tǒng)中，如工業(yè)控制過(guò)程，為了設(shè)計(jì)一個(gè)有效的控制方案，如優(yōu)化設(shè)計(jì)、魯棒控制設(shè)計(jì)、自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)等，都需要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)于簡(jiǎn)單系統(tǒng)，可以利用物理、化學(xué)、生物規(guī)律，采用解析的方法建立起系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；但對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，特別是有關(guān)系統(tǒng)及其環(huán)境的先驗(yàn)信息不充分情況下，就必須采用實(shí)驗(yàn)研究的方法確定系統(tǒng)的等價(jià)數(shù)學(xué)模型，包含用試驗(yàn)方法確定某些重要的物理參數(shù)，如傳熱系數(shù)、化學(xué)反應(yīng)率、阻尼系數(shù)等，這種試驗(yàn)方法，稱之為系統(tǒng)辨識(shí)方法。31第一章模型方法與系統(tǒng)辨識(shí)§1-1系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題一、模型二、系統(tǒng)辨識(shí)的提法及分類(lèi)系統(tǒng)辨識(shí)是為了適應(yīng)系統(tǒng)模型化要求而產(chǎn)生的一門(mén)技術(shù)，應(yīng)用十分廣泛。除工業(yè)控制系統(tǒng)外，在國(guó)防、經(jīng)濟(jì)、生理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、生態(tài)學(xué)、運(yùn)輸及社會(huì)系統(tǒng)中，都有非常重要的應(yīng)用。1、系統(tǒng)辨識(shí)定義系統(tǒng)辨識(shí)是在設(shè)定的模型類(lèi)中，按照某個(gè)準(zhǔn)則，選擇一個(gè)與被識(shí)別系統(tǒng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。32二、系統(tǒng)辨識(shí)的提法及分類(lèi)系統(tǒng)辨識(shí)是為了適應(yīng)系被辨識(shí)系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)系統(tǒng)模型輸入輸出噪聲噪聲MM測(cè)量?jī)x器可測(cè)量輸入可測(cè)量輸出擾動(dòng)系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題可用如下方框圖表示：33被辨識(shí)系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)系統(tǒng)模型輸入輸出噪聲噪聲MM測(cè)量?jī)x器可測(cè)量

由圖可見(jiàn)，為了獲得系統(tǒng)模型，需用各種輸入信號(hào)來(lái)測(cè)試被辨識(shí)系統(tǒng)，并觀測(cè)被辨識(shí)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，然后采用辨識(shí)技術(shù)來(lái)處理輸入—輸出數(shù)據(jù)，獲得模型。辨識(shí)要求系統(tǒng)被充分激勵(lì)2、系統(tǒng)辨識(shí)三要素由系統(tǒng)辨識(shí)定義可見(jiàn)，系統(tǒng)辨識(shí)三要素是：模型、數(shù)據(jù)、準(zhǔn)則34由圖可見(jiàn)，為了獲得系統(tǒng)模型，需用各種對(duì)于辨識(shí)中設(shè)定的模型類(lèi)，可以是：⑴模型參數(shù)模型─指?jìng)鬟f函數(shù)(陣)、微分方程(差分方

程）及狀態(tài)方程；非參數(shù)模型─脈沖響應(yīng)、頻率響應(yīng)(非顯含參數(shù))也可以是：線性或非線性；連續(xù)或離散；定?；驎r(shí)變；確定型或隨機(jī)型；單變量或多變量等。

本書(shū)重點(diǎn)討論線性定常系統(tǒng)辨識(shí)。35對(duì)于辨識(shí)中設(shè)定的模型類(lèi)，可以是：⑴模型參數(shù)模型─指?jìng)鬟f函數(shù)(⑵數(shù)據(jù)所選擇的輸入試驗(yàn)信號(hào)及被辨識(shí)系統(tǒng)的輸出觀測(cè)信息，稱之為數(shù)據(jù)。⑶準(zhǔn)則被辨識(shí)系統(tǒng)與辨識(shí)所得的系統(tǒng)模型是近似等價(jià)的，檢驗(yàn)這種實(shí)際系統(tǒng)與辨識(shí)模型之間近似程度的性能準(zhǔn)則函數(shù)，稱為準(zhǔn)則。36⑵數(shù)據(jù)所選擇的輸入試驗(yàn)信號(hào)及被辨識(shí)系統(tǒng)的輸出觀測(cè)信3、系統(tǒng)辨識(shí)分類(lèi)根據(jù)對(duì)系統(tǒng)事先的了解程度，系統(tǒng)辨識(shí)可分成兩類(lèi)。⑴完全辨識(shí)問(wèn)題

事先完全不了解系統(tǒng)的任何基本特征，如線性還是非線性，無(wú)記憶還是有記憶等。此類(lèi)辨識(shí)極難解決，稱之為黑箱問(wèn)題。⑵部分辨識(shí)問(wèn)題假定系統(tǒng)的某些特性，如線性度、頻帶寬度等是已知的，但不知系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程的階次或有關(guān)參數(shù)值。此類(lèi)辨識(shí)稱之為灰箱問(wèn)題，比黑箱問(wèn)題容易解決。373、系統(tǒng)辨識(shí)分類(lèi)根據(jù)對(duì)系統(tǒng)事先的了解程度，系統(tǒng)辨識(shí)可分成兩實(shí)際上，絕大多數(shù)工程系統(tǒng)及工業(yè)過(guò)程都屬于灰箱。在一般情況下，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有若干了解，利用辨識(shí)方法可以導(dǎo)出系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的特定數(shù)學(xué)模型。此時(shí)，往往只要解決系統(tǒng)模型方程中的一組參數(shù)確定即可，從而使模型化的系統(tǒng)辨識(shí)簡(jiǎn)化為參數(shù)辨識(shí)（或稱參數(shù)估計(jì)）。由于大多數(shù)的系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題總可以闡述為或簡(jiǎn)化為參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題，因而參數(shù)辨識(shí)或稱參數(shù)估計(jì)是系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)研究中的一個(gè)最重要的方面。38實(shí)際上，絕大多數(shù)工程系統(tǒng)及工業(yè)過(guò)程都屬于灰箱三、參數(shù)辨識(shí)1、參數(shù)辨識(shí)的本質(zhì)

實(shí)際情況─系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)受到噪聲影響，而且先驗(yàn)的模型方程存在誤差。

參數(shù)辨識(shí)本質(zhì)─利用統(tǒng)計(jì)分析方法，確定一個(gè)特定的數(shù)學(xué)模型，能與具有噪聲的觀測(cè)數(shù)據(jù)相擬合。理想情況─精確地測(cè)量系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，就能準(zhǔn)確判斷并獲得系統(tǒng)模型方程中的待定參數(shù)。39三、參數(shù)辨識(shí)1、參數(shù)辨識(shí)的本質(zhì)2、參數(shù)辨識(shí)種類(lèi)⑴結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識(shí)

對(duì)單入－單出系統(tǒng),通常指系統(tǒng)模型方程的階次和時(shí)滯;對(duì)多入－多出系統(tǒng)，不同的模型形式有不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)，例如：對(duì)可觀（可控）標(biāo)準(zhǔn)型，結(jié)構(gòu)參數(shù)指可觀（可控）型指數(shù)。⑵模型參數(shù)辨識(shí)模型參數(shù)指不依賴于輸入、輸出和狀態(tài)變量的參量，例如傳遞函數(shù)、微分方程、差分方程中的各個(gè)系數(shù)，或者如狀態(tài)方程中各系數(shù)矩陣中諸元素。模型參數(shù)辨識(shí)指：在確定模型類(lèi)型和結(jié)構(gòu)參數(shù)后，根據(jù)輸入、輸出觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用一定性能準(zhǔn)則和計(jì)算方法，估計(jì)模型參數(shù)的數(shù)值。402、參數(shù)辨識(shí)種類(lèi)⑴結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識(shí)對(duì)單3、參數(shù)辨識(shí)（估計(jì)）方法參數(shù)辨識(shí)，或稱參數(shù)估計(jì)的方法很多，如極大似然法、最小二乘法、輔助變量法、廣義最小二乘法、隨機(jī)逼近法等，已成功地應(yīng)用于辨識(shí)問(wèn)題。在眾多參數(shù)估計(jì)方法中，最小二乘法應(yīng)用比較廣泛，其原因在于：⑴最小二乘法是一種經(jīng)典方法，源于高斯用于天體觀測(cè)，許多領(lǐng)域科學(xué)家都熟悉，愿意使用；⑵最小二乘法概念簡(jiǎn)明，計(jì)算方便，適用范圍廣；⑶最小二乘法能方便地與其他辨識(shí)算法進(jìn)行組合，系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題便于統(tǒng)一處理。413、參數(shù)辨識(shí)（估計(jì)）方法參數(shù)辨識(shí)，或稱參數(shù)估4、參數(shù)辨識(shí)模式⑴離線辨識(shí)把待辨識(shí)對(duì)象從整個(gè)系統(tǒng)中分離出來(lái)，然后把大量輸入－輸出數(shù)據(jù)貯存起來(lái)，并用一定辨識(shí)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，估計(jì)對(duì)象參數(shù)。其特點(diǎn)：

·計(jì)算時(shí)間不受?chē)?yán)格限制；

·辨識(shí)精度較高;

·信息存貯量大；·有使用限制，不適用于不允許中斷正常運(yùn)行的系統(tǒng)。424、參數(shù)辨識(shí)模式⑴離線辨識(shí)把待辨識(shí)對(duì)象從⑵在線辨識(shí)直接利用被辨識(shí)對(duì)象在實(shí)際運(yùn)行條件下對(duì)輸入－輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行遞推計(jì)算，根據(jù)遞推獲得的新息去修正或刷新原有的參數(shù)估計(jì)值，其特點(diǎn)：·不中斷系統(tǒng)正常運(yùn)行;

·不需要貯存大量數(shù)據(jù)，內(nèi)存空間要求??；

·算法要求快速收斂。43⑵在線辨識(shí)直接利用被辨識(shí)對(duì)象在實(shí)際運(yùn)行條件下§1-2系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程在系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程中，首先要明確辨識(shí)目的，因?yàn)椴煌哪康男璨捎貌煌谋孀R(shí)方法。舉例飛機(jī)模型：空氣動(dòng)力學(xué)精確研究氣動(dòng)特性高階姿態(tài)控制器縱向運(yùn)動(dòng)橫向運(yùn)動(dòng)低階一、系統(tǒng)辨識(shí)目的通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，以模仿真實(shí)系統(tǒng)的行為，研究不同的控制策略對(duì)系統(tǒng)的效應(yīng)，進(jìn)行仿真研究。⒈仿真通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的目的大致有如下方面:44§1-2系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程在系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程⒉預(yù)測(cè)

建?？疾煜到y(tǒng)未來(lái)的演變規(guī)律和趨勢(shì)，從而預(yù)先做出決策，例如電力系統(tǒng)負(fù)荷量預(yù)測(cè)；河道流量預(yù)測(cè)；人口規(guī)律預(yù)測(cè)；市場(chǎng)銷(xiāo)售預(yù)測(cè)等。⒊控制系統(tǒng)辨識(shí)建模為了設(shè)計(jì)合適的控制器，并進(jìn)行優(yōu)化。建模目的對(duì)系統(tǒng)辨識(shí)要求起決定性影響，如辨識(shí)精度、辨識(shí)速度等。例如：45⒉預(yù)測(cè)建?？疾煜到y(tǒng)未來(lái)的演變規(guī)律和趨勢(shì)，從而預(yù)報(bào)模型。其精度可低于物理參數(shù)監(jiān)測(cè)，故障檢測(cè)模型；最優(yōu)控制。其精度要高于常規(guī)控制模型精度；系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)。辨識(shí)速度無(wú)特殊要求；在線監(jiān)控。要求快速辨識(shí)。46預(yù)報(bào)模型。其精度可低于物理參數(shù)監(jiān)測(cè)，故障檢測(cè)模型；最優(yōu)控制。二、驗(yàn)前知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)前，對(duì)待辨識(shí)系統(tǒng)模型掌握的情況稱為驗(yàn)前知識(shí)。包括如下含義：⒈事先已具備的驗(yàn)前知識(shí)模型類(lèi)型，結(jié)構(gòu)參數(shù)，參數(shù)約束，參數(shù)取值范圍。⒉環(huán)境假定如系統(tǒng)性能是否定常？有無(wú)非線性或時(shí)滯？噪聲統(tǒng)計(jì)特性？參數(shù)