系統(tǒng)辨識基礎(chǔ)

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(jìn)入21世紀(jì)之后，我國各級各類本科院校相當(dāng)多的理工科專業(yè)都或多或少地開設(shè)了該系列課程中的課程。因此，提高該系列課程的教學(xué)水平、教學(xué)質(zhì)量，對于提高我國高等教育水平和質(zhì)量，增強(qiáng)當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)解決專業(yè)領(lǐng)域問題的能力和業(yè)務(wù)素質(zhì)，具有特殊重要的意義。而教材是課程內(nèi)容和課程體系的知識載體，對課程改革和建設(shè)既有龍頭作用，又有推動作用，所以要提高課程教學(xué)水平和質(zhì)量，關(guān)鍵是要有高水平、高質(zhì)量的教材。正是基于上述認(rèn)識，中國水利水電出版社推動成立了“新世紀(jì)電子信息與自動化系列課程改革教材”編審委員會，在經(jīng)過近兩年時問的深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)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(xué)，重點是一般本科院校的教學(xué)。整個教材系列大體分為電子信息與通信、計算機(jī)基礎(chǔ)教育和測控技術(shù)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(xué)科的系統(tǒng)性、完整性，又有相對獨(dú)立性。參加本系列教材編寫的作者全部是一些重點大學(xué)長期從事相關(guān)課程教學(xué)的教授、副教授，大多是所在單位的學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人或?qū)W術(shù)骨干，不少還是全國知名專家教授、國家級教學(xué)名師和教育部有關(guān)“教指委”專家、國家級精品課程負(fù)責(zé)人等，他們不僅有豐富的教學(xué)經(jīng)驗，而且有豐富的相關(guān)領(lǐng)域的科研經(jīng)驗，對有關(guān)課程的內(nèi)涵、特點、內(nèi)容相關(guān)性及應(yīng)用等都有較深刻的認(rèn)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(dǎo)思想：（1）正確處理先進(jìn)性和基礎(chǔ)性的關(guān)系，努力實現(xiàn)兩者的統(tǒng)一。作為進(jìn)入新世紀(jì)的新編信息類教材，既注意在原有同類教材的基礎(chǔ)上推陳出新，努力反映學(xué)科技術(shù)的最新成就，使之具有鮮明的時代特征和先進(jìn)水平，又注重符合教學(xué)規(guī)律、教學(xué)特點，突出基本原理、基本知識、基本方法和基本技術(shù)技能的闡述，著力培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識分析、解決問題的創(chuàng)新思維能力和將來獨(dú)立獲取、掌握新知識，跟蹤相關(guān)學(xué)科技術(shù)發(fā)展的能力。

內(nèi)容概要

系統(tǒng)辨識是研究確定系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的一種理論和方法，它和狀態(tài)估計、控制理論構(gòu)成現(xiàn)代控制論三個互相滲透的領(lǐng)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(yīng)用。全書共分為10章，內(nèi)容包括：緒論、傳遞函數(shù)的辨識、辨識的輸入信號、相關(guān)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(chǔ)以及系統(tǒng)辨識的應(yīng)用。書中包含很多工程應(yīng)用實例、Matlab實例、例題和習(xí)題。    本書可作為自動化、機(jī)械、儀器儀表、認(rèn)知科學(xué)、生物信息學(xué)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(guān)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(xué)模型的分類  1.4 幾種常見的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)表示  1.5 辨識的步驟  思考題與習(xí)題第2章  傳遞函數(shù)的辨認(rèn)  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(xí)題第3章  辨識的輸入信號  3.1 白噪聲及其產(chǎn)生方法  3.2 偽隨機(jī)序列  3.3 連續(xù)型偽隨機(jī)信號  思考題與習(xí)題第4章  相關(guān)辨識法  4.1 連續(xù)時域相關(guān)分析法  4.2 利用M序列作輸入信號的相關(guān)分析法  4.3 用脈沖響應(yīng)求傳遞函數(shù)  思考題與習(xí)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(zhì)  5.3 最小二乘遞推算法  5.4 數(shù)據(jù)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(guān)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(xí)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(yù)報誤差法  6.3 隨機(jī)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(xí)題第7章  系統(tǒng)階次的辨識  7.1 根據(jù)Hankel矩陣判定模型的階次  7.2 根據(jù)殘差特性判定模型的階次  7.3 確定階的AIC準(zhǔn)則  7.4 階次增加時的參數(shù)遞推估計算法  思考題與習(xí)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(chǔ)第10章  系統(tǒng)辨識的應(yīng)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(xiàn)

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(xué)和社會科學(xué)的許多領(lǐng)域中，人們越來越重視對系統(tǒng)進(jìn)行定量的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合、仿真、控制和預(yù)測。將被研究對象模型化，則是開展這些工作的前提和基礎(chǔ)。所謂模型（model），就是把關(guān)于實際系統(tǒng)的本質(zhì)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(yùn)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(yù)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(jī)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(jù)相似原理把實際系統(tǒng)加以縮小的復(fù)制品，或者是實際系統(tǒng)的一種物理模擬。如沙盤、風(fēng)洞、水力學(xué)模型、傳熱學(xué)模型、飛行轉(zhuǎn)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(yīng)、脈沖響應(yīng)和頻率響應(yīng)等，也稱為非參數(shù)模型。（4）數(shù)學(xué)模型。它用數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)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(xué)模型的基本方法一般說來，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有兩種基本方法。1．機(jī)理分析法機(jī)理分析法即理論建模方法，它主要是通過分析系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律，運(yùn)用一些已知的定律、定理和原理，如力學(xué)原理、能量守恒定理、傳熱學(xué)原理、化學(xué)動力學(xué)原理、生物學(xué)定律等，利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行推導(dǎo)，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。機(jī)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(jī)理要有較清楚的了解。對于比較復(fù)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(jìn)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(fù)雜。但是，要使這些簡化假設(shè)都符合實際情況往往是相當(dāng)困難的。

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《系統(tǒng)辨識基礎(chǔ)》為新世紀(jì)電子信息與自動化系列課程改革教材之一。

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