闭环子空间辨识及最优测试信号设计

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1、⑧论文作者签名：指导教师签名：论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4：评阅人5：答辩委员会主席：委员1：委员2：委员3：委员4：委员5：答辩日期：2014．03．09致谢衷心感谢我的导师苏宏业教授，您渊博的学识、严谨的治学态度、对科研与工作的一丝不苟以及为人的平易随和都是我今后学习的楷模。感谢谢磊副教授对我学习与生活上的关心与指导。与您一起探讨学术问题总是很开心，您勤奋的工作作风，宽厚的待人情怀都是我学习的榜样。感谢古勇老师对我学习工作上的指导，给我提供去中控实习的机会，让我有机会在读研期间就能接触现场装置的各种复杂情况，使我对工业实际问题有更为深刻的理解。感谢张艳辉工程师，您的倾囊相

2、授，无微不至的关怀让我在中控实习期间进步良多，并感受到公司大家庭的温暖。感谢实验室里指导关心过我的师兄师弟、师姐师妹们：李掂师姐、李幼凤师姐、刘誊师兄、沈清泓师兄、陈贵师兄、焦云强师兄、娄海川师兄、朱理师兄、林晓钟师兄、王燕青师兄、蔡星师兄、王越师姐、冯皓师兄、郜旭凯师姐、师明华、孙培、卢山、沈烨烨、郭子旭、李珂、王培宇、宋超等。与你们一起在实验室学习与生活非常开心，感谢你们对我的关心与照顾。感谢我的家人，是你们的悉心照顾和无私关怀才有我的这一天。等我毕业后一定好好工作，回报你们。林文益2014年1月于求是园浙江大学硕士学位论文Il摘要测试信号的设计和辨识算法的选择是模型辨识成败的关键因素

3、，最优测试信号设计的目的是使用最小的测试能量激励出最大的系统信息，为辨识出准确的过程模型奠定坚实的基础。在获取过程测试数据后，需要一个行之有效的辨识方法才能真正得到准确的过程模型，子空间辨识方法以其结构简单，计算简便，数值鲁棒性高而广受好评。本文的工作重点集中于闭环回路最优测试信号设计和闭环子空间辨识方法研究。论文的主要研究内容如下：1．针对PID闭环回路进行了最优测试信号设计研究。在设定点上添加测试信号，保证系统安全与质量稳定。在频域范围内构造SDP优化命题进行求解并将测试信号转化为余弦信号叠加表达式。最后使用MonteCarlo仿真测试证明该测试信号在同等能量的前提下能比白噪声测试信号

4、和随机二进制测试信号得到更好的模型。2．结合核偏最小二乘方法提出一种新的闭环子空间辨识方法。该方法由于可以通过选择隐含特征向量个数来降低求解维数，从而保证在外部激励不够充分的情况下也能得到较为准确的模型。最后通过MonteCarlo仿真测试证明在测试信号存在一定相关性时能得到更为准确的模型。3．对结合核偏最d'-乘的闭环子空间方法进行性能分析，理论上证明在一定条件下该方法具有渐近无偏一致性。通过仿真发现其辨识效果在外部激励充分的条件下与PEM一致。同时可以使用前面设计的最优测试信号进行测试。4．使用工业现场数据对提出的闭环子空间辨识方法和PEM方法进行比较验证，结果显示在数据拟合上略优于P

5、EM方法，其能够为模型预测控制进行精确控制提供有效的模型，具有较好的有效性与可行性。论文的最后对全文进行总结，并对今后的研究方向进行了展望。关键词：最优测试信号设计闭环子空间辨识核偏最小二乘性能分析III浙江大学硕士学位论文1VAbstractAwell-designedidentificationtestandaproperidentificationalgorithmplayimportantrolesinthesuccessfulprocessidentification．Itistheobjectiveofthetestsignaldesigntoexcitemaximumsyst

6、eminformationwiththeminimumtestenergy,whichisabasicstepinobtainingamoreaccurateprocessmodel．Aneffectiveidentificationmethodiscriticalinmodelingtheprocesswheninputandoutputdataisobtained．Subspaceidentificationmethodhasbeenwidelyadoptedduetoitssimplestructure，computationalefficiencyandnumericalrobus

7、tness．Thisdissertationfocusesontheclosed-loopoptimaltestsignaldesignandclosed-loopsubspaceidentification．Themaincontentsareoutlinedasfollows：1．Theoptimaltestsignaldesignforaclosed—loopsystemwithPIDcontrollerispro