《系统辨识与建模》

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1、《系统辨识与建模》课时：40参考书：1徐南荣、宋文忠、夏安邦系统辨识，东南大学出版社，19912方崇智、萧德云过程辨识，清华大学出版社，19883LjungL.AndSoderstromT.TheoryandPracticsofRecursiveIdentification,MIT.Press,Cambridge4[美]P.艾克霍夫系统辨识-参数和状态估计，潘科炎等译，科学出版社，19775[美]夏天长系统辨识—最小二乘，熊光楞、李芳芸译，清华大学出版社，1983期刊：1Automatica2Proc.IFACIdentificationandSystemPara

2、meterEstimation3IEEETrans.OnAutomaticControl4自动化学报5控制理论与应用学习要求1培养独立学习一门新课程的能力，为今后学习和研究打下基础（要求大家尽量少依赖听课，多自学）。2掌握基本的辨识理论和辨识技术3能独立设计辨识实验，并编程计算4学习一些现代建模技术考核办法给出一个数据文件，通过编程对其进行辨识，并写出报告第一讲概论实体与模型实体：客观存在的事物及其运动状态，有时也称之为“系统”模型：实体的一种简化描述。模型保持实体的一部分特征，而将其它特征忽略或者变化。不同的简化方法得到不同的模型。模型分类：直觉模型：地图、建筑

3、模型、照片、软件演示文档等物理模型：风洞、水力学模型、传热学模型、电力系统动态模拟模型等。（缩小的复制品）数学模型：描述实体中一些关系和特征的数据模型。例如：投入/产出模型、热源与室温的关系模型等。数学模型数学模型还可分为：图表模型：如阶跃响应、脉冲响应、频率响应、温度与热电偶输出关系表解析模型：代数方程、微分方程、差分方程、状态方程程序模型：神经网络仿真程序语言模型：模糊关系模型获得数学模型的方法有：经验总结法：模糊关系模型、静态线性关系模型机理分析法：解析模型实验法：图表模型数据拟合法：解析模型、程序模型用数据拟合法获得解析模型的过程即为系统辨识。系统辨识L.

4、A.Zadeh[1962]：辨识就是在输入和输出数据的基础上，从一组给定的模型类中，确定一个与所观测系统等价的模型。这一定义给出了系统辨识的三要素：数据、模型类和准则。数据：由观测实体而得。不唯一，受观测时间、观测目的、观测手段等影响。模型类：规定了模型的形式。不唯一，受辨识目的、辨识方法等影响。准则：规定了模型与实体等价的评判标准。不唯一，受辨识目的、辨识方法等影响。系统辨识的三要素是评判数据拟合方法优劣的必要条件，只有在相同的三要素下，才可区分数据拟合方法的优劣；而在不同的三要素下，这种结论也会改变。（图1）辨识目的明确模型应用的最终目的是很重要的，因为它将决

5、定如何观测数据、如何选择三要素以及采用什么数据拟合方法等。而最根本的是它将影响辨识结果。辨识目的主要取决于模型的应用。辨识模型应用有以下几个方面：辨识目的选择准则模型类辨识实体数据观测数据数据拟合模型图1系统辨识三要素1验证理论模型；要求：零极点、结构（阶次及时延）、参数都准确；模型类同理论模型。2设计常规控制器；要求：动态响应特性、零极点、时延准确；便于分析的模型类。3设计数字控制器；要求：动态响应特性、时延准确；便于计算机运算的模型类。4设计仿真/训练系统；要求：动态响应特性准确；便于模拟实现的模型类。5预报预测；要求：动态响应特性、时延准确；便于计算机运算的

6、模型类。6监视过程参数，实现故障诊断；要求：参数准确；能直观体现被监视过程参数的模型类。10系统的定量与定性分析；要求：静态关系准确；模型简单，便于人脑判断。辨识的一般步骤我们将结合一个实际例子来说明辨识的一般步骤。例：上图为长网造纸的流程简图。对于造纸企业来说，质量控制就是要控制好成品纸的定量与水份。而纸的定量与水份与纸浆浓度D、纸浆流量F、车速V及蒸汽压力P都有关系：G=f(D,F,V,P)W=g(D,F,V,P)为了采用计算机对上述过程进行控制，需要建立数学模型。这就是系统辨识的第一步：明确辨识目的。为了实现这个目标，我们要进一步了解系统的一些特点。这是第二

7、步：收集先验知识。经过现场调查，我们发现：1车速调整存在同步困难，而不同步会引起断纸，因此，通常将车速设为恒定；2流量的改变到定量的改变存在约60秒的延迟，而响应过程只有约2秒；（保持浓度不变）3浓度的改变到定量的改变存在约120秒的延迟，而响应过程约80秒；（保持流量不变）4蒸汽压力的改变到水份的改变存在约45秒的延迟，而响应过程约60秒；（保持浓度与流量不变）第三步：设计辨识试验。辨识试验的目的是使采集到的数据能反映系统的动态特性，因此要对系统进行分块，设计对分块后系统施加的激励信号，设计数据采集时的采样频率。对于本例，其中的一个分块为流量和蒸汽压力对定量、水

8、份的影响；