系統(tǒng)辨識基礎

前言

電子信息與自動化系列課程是專業(yè)適用面很廣的課程系列。隨著電子信息時代的到來，特別是進入21世紀之后，我國各級各類本科院校相當多的理工科專業(yè)都或多或少地開設了該系列課程中的課程。因此，提高該系列課程的教學水平、教學質量，對于提高我國高等教育水平和質量，增強當代大學生應用先進的信息技術解決專業(yè)領域問題的能力和業(yè)務素質，具有特殊重要的意義。而教材是課程內容和課程體系的知識載體，對課程改革和建設既有龍頭作用，又有推動作用，所以要提高課程教學水平和質量，關鍵是要有高水平、高質量的教材。正是基于上述認識，中國水利水電出版社推動成立了“新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材”編審委員會，在經過近兩年時問的深入調查研究的基礎上，策劃提出了本系列教材的編寫、出版計劃。本系列教材總的定位是面向各級各類高等院校的本科教學，重點是一般本科院校的教學。整個教材系列大體分為電子信息與通信、計算機基礎教育和測控技術與自動化三類，共約50本主體教材，它們既自成體系，具有信息類學科的系統(tǒng)性、完整性，又有相對獨立性。參加本系列教材編寫的作者全部是一些重點大學長期從事相關課程教學的教授、副教授，大多是所在單位的學科學術帶頭人或學術骨干，不少還是全國知名專家教授、國家級教學名師和教育部有關“教指委”專家、國家級精品課程負責人等，他們不僅有豐富的教學經驗，而且有豐富的相關領域的科研經驗，對有關課程的內涵、特點、內容相關性及應用等都有較深刻的認識和切身體驗。這對編寫、出版好本系列教材是十分有利的條件。本系列教材在編寫時均遵循了以下指導思想：（1）正確處理先進性和基礎性的關系，努力實現(xiàn)兩者的統(tǒng)一。作為進入新世紀的新編信息類教材，既注意在原有同類教材的基礎上推陳出新，努力反映學科技術的最新成就，使之具有鮮明的時代特征和先進水平，又注重符合教學規(guī)律、教學特點，突出基本原理、基本知識、基本方法和基本技術技能的闡述，著力培養(yǎng)學生應用基礎知識分析、解決問題的創(chuàng)新思維能力和將來獨立獲取、掌握新知識，跟蹤相關學科技術發(fā)展的能力。

內容概要

系統(tǒng)辨識是研究確定系統(tǒng)數(shù)學模型的一種理論和方法，它和狀態(tài)估計、控制理論構成現(xiàn)代控制論三個互相滲透的領域。本書系統(tǒng)地介紹系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計的基本原理、方法和應用。全書共分為10章，內容包括：緒論、傳遞函數(shù)的辨識、辨識的輸入信號、相關辨識法、辨識的最小二乘法、極大似然法及其他辨識算法、系統(tǒng)階次的辨識、閉環(huán)系統(tǒng)辨識、時間序列的建模分析基礎以及系統(tǒng)辨識的應用。書中包含很多工程應用實例、Matlab實例、例題和習題。    本書可作為自動化、機械、儀器儀表、認知科學、生物信息學等專業(yè)系統(tǒng)辨識、建模和參數(shù)估計課程的本科生教材，也可以供相關專業(yè)的研究生、教師和科技工作者參考。

書籍目錄

總序前言第1章  緒論  1.1 辨識的基本概念  1.2 系統(tǒng)辨識的研究目的  1.3 數(shù)學模型的分類  1.4 幾種常見的數(shù)學模型的數(shù)學表示  1.5 辨識的步驟  思考題與習題第2章  傳遞函數(shù)的辨認  2.1 傳遞函數(shù)辨識的時域法  2.2 傳遞函數(shù)辨識的頻域法  思考題與習題第3章  辨識的輸入信號  3.1 白噪聲及其產生方法  3.2 偽隨機序列  3.3 連續(xù)型偽隨機信號  思考題與習題第4章  相關辨識法  4.1 連續(xù)時域相關分析法  4.2 利用M序列作輸入信號的相關分析法  4.3 用脈沖響應求傳遞函數(shù)  思考題與習題第5章  辨識的最小二乘法  5.1 最小二乘估計  5.2 最小二乘估計的統(tǒng)計性質  5.3 最小二乘遞推算法  5.4 數(shù)據遞推的飽和及解決辦法  5.5 廣義最小二乘法  5.6 增廣最小二乘法  5.7 輔助變量法  5.8 相關最小二乘法  5.9 多階段最小二乘法  5.10 最小二乘類辨識算法的比較  思考題與習題第6章  極大似然法及其他辨識算法  6.1 極大似然法  6.2 預報誤差法  6.3 隨機逼近法  6.4 遞推參數(shù)估計算法的收斂性描述  6.5 辨識算法的比較  思考題與習題第7章  系統(tǒng)階次的辨識  7.1 根據Hankel矩陣判定模型的階次  7.2 根據殘差特性判定模型的階次  7.3 確定階的AIC準則  7.4 階次增加時的參數(shù)遞推估計算法  思考題與習題第8章  閉環(huán)系統(tǒng)辨識  8.1 閉環(huán)系統(tǒng)的可辨識性條件  8.2 閉環(huán)系統(tǒng)的間接辨識與可辨識性條件  8.3 閉環(huán)系統(tǒng)的直接辨識法  ……第9章  時間序列的建模分析基礎第10章  系統(tǒng)辨識的應用附錄A  系統(tǒng)辨識實驗說明附錄B  Matlab系統(tǒng)辨識工具箱簡介參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1．1辨識的基本概念1．1．1模型的含義和表現(xiàn)形式在自然科學和社會科學的許多領域中，人們越來越重視對系統(tǒng)進行定量的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合、仿真、控制和預測。將被研究對象模型化，則是開展這些工作的前提和基礎。所謂模型（model），就是把關于實際系統(tǒng)的本質的部分信息簡縮成有用的描述形式。它可以用來描述系統(tǒng)的運動規(guī)律，是系統(tǒng)的一種客觀寫照或縮影，是分析系統(tǒng)和預報、控制系統(tǒng)行為特性的有力工具。模型通常有如下的一些主要表現(xiàn)形式：（1）直覺模型。它是指系統(tǒng)的特性以非解析的形式直接儲存在人腦中，靠人的直覺控制系統(tǒng)的變化。如司機靠直覺模型駕駛車輛，指揮員靠直覺模型指揮戰(zhàn)斗等。（2）物理模型。它是根據相似原理把實際系統(tǒng)加以縮小的復制品，或者是實際系統(tǒng)的一種物理模擬。如沙盤、風洞、水力學模型、傳熱學模型、飛行轉臺、微波暗室，以及電力系統(tǒng)動態(tài)模擬等均是物理模型。（3）圖表模型。它是用圖形或表格形式來表現(xiàn)系統(tǒng)的特性。如階躍響應、脈沖響應和頻率響應等，也稱為非參數(shù)模型。（4）數(shù)學模型。它用數(shù)學結構的形式來反映實際系統(tǒng)的行為特性。常用的有代數(shù)方程、微分方程、差分方程、狀態(tài)方程，以及分布式參數(shù)方程等，又稱為參數(shù)模型。1．1．2建立數(shù)學模型的基本方法一般說來，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型有兩種基本方法。1．機理分析法機理分析法即理論建模方法，它主要是通過分析系統(tǒng)的運動規(guī)律，運用一些已知的定律、定理和原理，如力學原理、能量守恒定理、傳熱學原理、化學動力學原理、生物學定律等，利用數(shù)學方法進行推導，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。機理分析法只能用于較簡單系統(tǒng)的建模，并且對系統(tǒng)的機理要有較清楚的了解。對于比較復雜的實際系統(tǒng)，這種建模方法有很大的局限性。這是因為在進行理論建模時，對所研究的對象必須提出合理的簡化假定，否則會使問題過于復雜。但是，要使這些簡化假設都符合實際情況往往是相當困難的。

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《系統(tǒng)辨識基礎》為新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材之一。

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