模块化动态系统辨识方法研究

⑴ 系统辨识与建模 辨识方法有哪些

主要内容包括：线性系统的辨识，多变量线性系统的辨识，线性系统的非参数表示和辨识，非线性系统的辨识，时间序列建模，房室模型（多用于医学、生物工程中）的辨识，神经网络模型的辨识，模糊系统的建模与辨识，遗传算法及其在辨识中的应用，辨识的实施等。各种方法都给出具体的计算步骤或框图，并结合实例或仿真例子给予说明，尽量使读者易学会用。 本书为天津市高校“十五”规划教材，可作为高等学校自动化、系统工程、经济管理、应用数学等专业的高年级本科生和研究生的教材或参考书，也可作为有关科技工作者、工程技术和管理人员的参考书。 图书目录第1章引论(1)1.1建模与系统辨识概述1.1.1系统辨识研究的对象1.1.2系统辨识1.1.3系统辨识的目的1.1.4辨识中的先验知识1.1.5先验知识的获得1.1.6系统辨识的基本步骤1.2数学模型1.2.1概述1.2.2线性系统的4种数学模型1.3本书的指导思想和布局第2章线性静态模型的辨识(12)2．1问题的提出2．2最小二乘法（ls）2.2.1最小二乘估计2.2.2最小二乘估计的性质2.2.3逐步回归方法2.3病态方程的求解方法2.3.1病态对参数估计的影响2.3.2条件数2.3.3病态方程的求解方法2.4模型参数的最大似然估计（ml）2.4.1最大似然准则2.4.2最大似然估计243松弛算法习题第3章离散线性动态模型的最小二乘估计(27)3．1问题的提法及一次完成最小二乘估计3.2最小二乘估计的递推算法(rls)3.2.1递推最小二乘法3.2.2初始值的选择3.2.3计算步骤及举例3.3时变系统的实时算法3.3.1渐消记忆（指数窗）的递推算法3.3.2限定记忆（固定窗）的递推算法3.3.3变遗忘因子的实时算法3.4递推平方根算法3.5最大似然估计(ml)习题第4章相关(有色)噪声情形的辨识算法(42)4.1辅助变量法4.2增广最小二乘法(els)4.2.1增广最小二乘法4.2.2改进的增广最小二乘法4.3最大似然法（ml）44闭环系统的辨识4．4．1问题的提出4．4．2可辨识性443闭环条件下的最小二乘估计习题第5章模型阶的辨识5.1单变量线性系统阶的辨识5.1.1损失函数检验法5.1.2f检验法5.1.3赤池信息准则（aic准则）5.2阶与参数同时辨识的递推算法5.2.1辨识阶次的基本思想和方法5.2.2阶的递推辨识算法5.2.3几点说明5.3仿真研究5.3.1辨识方法的仿真研究5.3.2对模型适用性的仿真研究5.3.3控制系统设计中的计算机仿真研究习题*第6章多变量线性系统的辨识6.1不变量、适宜选择路线及规范形6.1.1代数等价系统6.1.2适宜选择路线与不变量6.1.3适宜选择路线与规范形6.2输入/输出方程6.2.1输入/输出方程一般形式6.2.2pcf规范形对应的输入/输出方程6.3pcf规范形的辨识6.3.1结构确定及参数辨识6.3.2*和*的实现算法习题第7章线性系统的非参数表示和辨识7.1线性系统的非参数表示7.1.1脉冲响应函数7.1.2markov参数（hankel模型）7.2估计脉冲响应函数的相关方法7.2.1相关方法的基本原理7.2.2伪随机二位式信号（m序列）7.2.3用m序列做输入信号时脉冲响应函数的估计7.2.4估计h(t)的具体步骤与实施习题第8章非线性系统辨识8.1引言8.2单纯形搜索法8.2.1问题的提法8.2.2单纯形搜索法8.3迭代算法的基本原理8.3.1迭代算法的一般步骤8.3.2可接受方向8.4牛顿—拉夫森算法8.5麦夸特方法*8.6数据处理的分组方法

⑵ 系统辨识的方法

经典的系统辨识方法的发展已经比较成熟和完善，他包括阶跃响应法、脉冲响应法、频率响应法、相关分析法、谱分析法、最小二乘法和极大似然法等。其中最小二乘法(LS)是一种经典的和最基本的，也是应用最广泛的方法。但是，最小二乘估计是非一致的，是有偏差的，所以为了克服他的缺陷，而形成了一些以最小二乘法为基础的系统辨识方法：广义最小二乘法(GI S)、辅助变量法(IV)、增广最小二乘法(EI，S)和广义最小二乘法(GI S)，以及将一般的最小二乘法与其他方法相结合的方法，有最小二乘两步法(COR—I S)和随机逼近算法等。
经典的系统辨识方法还存在着一定的不足： (1)利用最小二乘法的系统辨识法一般要求输入信号已知，并且必须具有较丰富的变化，然而，这一点在某些动态系统中，系统的输入常常无法保证；(2)极大似然法计算耗费大，可能得到的是损失函数的局部极小值；(3)经典的辨识方法对于某些复杂系统在一些情况下无能为力。 随着系统的复杂化和对模型精确度要求的提高，系统辨识方法在不断发展，特别是非线性系统辨识方法。主要有：
1、集员系统辨识法
在1979年集员辨识首先出现于Fogel 撰写的文献中，1982年Fogel和Huang又对其做了进一步的改进。集员辨识是假设在噪声或噪声功率未知但有界UBB(Unknown But Bounded)的情况下，利用数据提供的信息给参数或传递函数确定一个总是包含真参数或传递函数的成员集(例如椭球体、多面体、平行六边体等)。不同的实际应用对象，集员成员集的定义也不同。集员辨识理论已广泛应用到多传感器信息融合处理、软测量技术、通讯、信号处理、鲁棒控制及故障检测等方面。
2、多层递阶系统辨识法
多层递阶方法的主要思想为：以时变参数模型的辨识方法作为基础，在输入输出等价的意义下，把一大类非
线性模型化为多层线性模型，为非线性系统的建模给出了一个十分有效的途径。
3、神经网络系统辨识法
由于人工神经网络具有良好的非线性映射能力、自学习适应能力和并行信息处理能力，为解决未知不确定非线性系统的辨识问题提供了一条新的思路。
与传统的基于算法的辨识方法相比较，人工神经网络用于系统辨识具有以下优点：(1)不要求建立实际系统的辨识格式，可以省去对系统建模这一步骤；(2)可以对本质非线性系统进行辨识；(3)辨识的收敛速度仅与神经网络的本身及所采用的学习算法有关；(4)通过调节神经元之间的连接权即可使网络的输出来逼近系统的输出；(5)神经网络也是系统的一个物理实现，可以用在在线控制。
4、模糊逻辑系统辨识法
模糊逻辑理论用模糊集合理论，从系统输入和输出的量测值来辨识系统的模糊模型，也是系统辨识的一个新的
和有效的方法，在非线性系统辨识领域中有十分广泛的应用。模糊逻辑辨识具有独特的优越性：能够有效地辨识复杂和病态结构的系统；能够有效地辨识具有大时延、时变、多输入单输出的非线性复杂系统；可以辨识性能优越的人类控制器；可以得到被控对象的定性与定量相结合的模型。模糊逻辑建模方法的主要内容可分为两个层次：一是模型结构的辨识，另一个是模型参数的估计。典型的模糊结构辨识方法有：模糊网格法、自适应模糊网格法、模糊聚类法及模糊搜索树法等。
5、小波网络系统辨识法
小波网络是在小波分解的基础上提出的一种前馈神经网络口 ，使用小波网络进行动态系统辨识，成为神经网络辨识的一种新的方法。小波分析在理论上保证了小波网络在非线性函数逼近中所具有的快速性、准确性和全局收敛性等优点。小波理论在系统辨识中，尤其在非线性系统辨识中的应用潜力越来越大，为不确定的复杂的非线性系统辨识提供了一种新的有效途径，其具有良好的应用前景。

⑶ 《设计学概论》笔记-第二章第二节02

（一）设计与科学理论的发展的关系

（ 1 ） 设计创造直接与人类对自然秩序和社会秩序的观察联系在一起。设计的进步依赖东

类已掌握的科学原理，如设计对形态、结构的认识，就借助了数学、物理的观察成果。

物理学、数学等学科的发达，对扩大设计的表现领域和扩大新的材料的使用都起着作用。

（ 2 ） 对设计的研究也与科学理论的发展休戚相关。设计需要进行有机的研究。设计研

究涉及众多的学科领域，设计的发展和设计学的建立都是以一系列现代科学理论整合为

基础的。

（ 3 ） “设计科学”是设计哲学和设计方法学的总和，它的概念是1969年自西蒙正式提出的。设计科学的产生表明设计除了对科学技术成果的具体应用外，在方法论上也有了进步，建立起了完整的科学体系。现代设计以讲求多元化、动态化、优化及计算机化为特点，故必须依靠现代科学方法论，解决愈来愈复杂的设计课题。

（ 二）科学理论对设计发展的推动作用

新型理论对设计方法的影响，说明科学理论对设计发展的推动作用

1 、控制论： 控制论重点研究动态的信息与控制、反馈过程，使系统在稳定的前提下正常工作。研究信息传递和变换规律的信息论是控制论的基础。现代认识论将任何系统、过程和运动都看成一个复杂的控制系统，因而控制论方法是具有普遍意义的方法论。控制概念中最本质的属性在于它必须有目的，没有目的，就无所谓控制。设计目标控制，负反馈作用，发展出一些常用的设计方法，如柔性设计法、动态分析法、动态优化法、动态系统辨识法等。

2 、信息论： 信息论方法是现代设计的前提，具有高度综合性。信息论最早产生于通讯领域，申农是其倡导者，他引入了“熵”的概念作为信息的度量。信息论主要研究信息的获取、变换、传输、处理等问题。

3 、系统论： 所谓“系统”，即指具有特定功能的，互相有机联系又相互制约的一种有序性整体。系统论方法是以系统整体分析及系统观点来解决各种领域具体问题的科学方法。设计系统原理是设计思维和问题求解活动的根本原理。具体设计方法包括：系统分析法、逻辑分析法、模式识别法、系统辨识法等。现代设计无时不与现代知识体系紧密相连，科学理论推进着设计，而设计科学同时也是科学理论的一个组成部分。

1 、为什么说设计是社会财富转化的载体 ?

科学技术是一种资源，设计不仅是科学技术得到物化的载体，而且是科学技术商品化的载体。科学技术是通过设计向社会广大消费者进行自我表达的，设计使新技术的“可能”转变为现实。科技资源需要设计加以综合的利用，变成优质的新商品，被市场大量的吸收，才完成了科技的社会财富化，发挥了科学技术的作用。

2 、设计与技术的关系：

以电能为例，人类电气文明的形成，正是设计将科学技术物化和商品化的过程。

（ 1 ） 设计与技术的关系是开发和适用的关系。所有类型的设计都含有技术的成分，而所有的科学技术都是通过设计转化成商品的。设计没有技术无以为设计，而科学技术没有设计参与也找不到与社会生活发生联系的结合点，从而不能转化成社会物质财富与精神财富。

（ 2 ） 设计不仅是科学技术的载体，它本身就是技术的一个部分。美国的科学技术政策之所以高度强调设计，目的在于增强在国际市场上的竞争力。

3 、为什么一战后的德国、二战后的日本能成为世界经济强国 ?

德国最早艺术到设计的这一性质并有效的加以利用。由于德国及时地、紧紧地抓住了设计，把有限的经济、科学技术和管理力量充分转化为商品，20世纪20年代以后德国产品在国际上独领风骚，有力地推动了德国经济的发展，其综合国力迅速超过英、法而成为欧洲的第一强国。

日本在第二次世界大战之后也认识到设计的这一作用。日本一贯重视应用技术超过理论科学。他们在世界范围内搜罗、购买、吸收先进技术，并作进一步开发，同时将各种先进技术综合到产品设计中去。

⑷ 有哪些建立控制系统数学模型的方法

在控制系统的分析和设计中,首先要建立系统的数学模型.控制系统的数学模型是描述系统内部物理量(或变量)之间关系的数学表达式.在静态条件下(即变量各阶导数为零),描述变量之间关系的代数方程叫静态数学模型；而描述变量各阶导数之间关系的微分方程叫数学模型.如果已知输入量及变量的初始条件,对微分方程求解就可以得到系统输出量的表达式,并由此可对系统进行性能分析.因此,建立控制系统的数学模型是分析和设计控制系统的首要工作
建立控制系统数学模型的方法有分析法和实验法两种.分析法是对系统各部分的运动机理进行分析,根据它们所依据的物理规律或化学规律分别列写相应的运动方程.例如,电学中有基尔霍夫定律,力学中有牛顿定律,热力学中有热力学定律等.实验法是人为地给系统施加某种测试信号,记录其输出响应,并用适当的数学模型去逼近,这种方法称为系统辨识.近几年来,系统辨识已发展成一门独立的学科分支,本章重点研究用分析法建立系统数学模型的方法.
在自动控制理论中,数学模型有多种形式.时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程；复数域中有传递函数、结构图；频域中有频率特性等.