系统辨识与自适应控制作业
模糊系统的辨识与自适应控制
模糊系统的辨识与自适应控制在现代控制理论研究中，模糊控制是一种重要的控制方法。
模糊控制是对非线性系统的一种解决方案，这种控制方法利用模糊逻辑来处理不确定性和信息丢失问题，从而提高了控制的效率和精度，因此在自适应控制中得到了广泛的应用。
一、模糊系统辨识模糊系统辨识是指对模糊控制系统进行参数辨识和模型识别，目的是为了找到最佳的控制方案。
模糊系统的辨识过程也是确定模糊控制系统结构和参数的过程。
模糊控制系统需要依赖于模糊规则库和隶属函数来完成参数辨识和模型识别。
模糊规则库是一个包含了各种规则的数据库，其中每个规则由一组条件和一组相应的控制动作组成。
隶属函数用来描述输入变量和输出变量之间的映射关系。
在模糊系统辨识的过程中，需要收集大量的数据来分析和处理，以便从中提取有用的信息。
这里的数据包括输入数据和输出数据，输入数据包括控制输入和环境输入，输出数据包括控制输出和系统响应。
通过对这些数据进行分析、模型识别和参数辨识，可以得到一个模糊控制系统的模型，并对其进行优化调整，以使其更好地适应所需的控制任务。
二、自适应控制模糊系统的自适应控制是利用模糊控制系统的动态特性，不断根据控制系统的变化自动调整控制参数，以达到最优的控制效果。
因此，自适应控制算法是一种重要的控制算法，它可以自动调整控制参数以快速响应外部变化。
自适应控制有多种方法，包括自适应模糊控制、自适应神经网络控制、自适应PID控制、自适应模型预测控制等。
其中，自适应模糊控制是一种广泛应用的控制方法，它可以自动调整模糊规则库、隶属函数以及控制输出，以适应不同的控制任务和环境条件。
三、结论总之，在现代控制领域中，模糊控制方法是一种重要的控制方法之一，具有较高的鲁棒性和鲁棒性。
模糊控制方法除了能够处理非线性系统，还可以处理模糊系统，因此在实际控制中被广泛应用。
模糊系统的辨识和自适应控制是模糊控制方法的两个基本方面，它们为模糊控制的优化和应用提供了基础和保障。
系统辨识与自适应控制 教材
系统辨识与自适应控制教材
系统辨识与自适应控制是一门涉及自动化控制、信号处理、人工智能等多个领域的交叉学科。
这门学科主要研究如何从系统的输入输出数据中，通过一定的方法和技术，辨识出系统的数学模型，进而实现对系统的有效控制。
系统辨识的主要方法包括：基于频率响应的方法、基于时间序列的方法、基于状态空间的方法等。
这些方法可以通过对系统的输入输出数据进行处理和分析，提取出系统的模型参数和结构。
自适应控制是一种特殊的控制系统，它可以根据环境的变化或者系统参数的变化，自动调整控制参数，以实现最优的控制效果。
自适应控制的主要方法包括：模型参考自适应控制、自校正控制、多变量自适应控制等。
系统辨识与自适应控制教材有很多种，以下是一些经典的教材：
1. 《System Identification and Adaptive Control》（第二版）- John H. Holland
2. 《Adaptive Control of Linear Systems》- Michael C. Corsini
3. 《Nonlinear System Identification and Control》- Massimo Ippolito
4. 《System Identification: Theory for the User》- Jack W. Newbold
5. 《Introduction to System Identification》- Mark H. Sager
这些教材都是系统辨识与自适应控制的经典之作，它们详细介绍了系统辨识与自适应控制的基本概念、方法和技术，以及它们在各个领域的应用。
如果您想深入学习系统辨识与自适应控制，建议阅读这些教材。
(哈工大)系统辨识与自适应控制——第一讲..
第一讲 系统辨识的基本概念
一、什么是系统辨识？
1. 机理分析建模方法 (白箱法)
图1 单级倒立摆实验装置 2010-02-20 控制理论与制导技术研究中心 第2 页
Harbin Institute of Technology– HIT
m
u
M
F
r
O
图2 单级倒立摆示意图 2010-02-20 控制理论与制导技术研究中心 第3 页
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图中所示变量名的物理含义如表1所示。
2010-02-20
控制理论与制导技术研究中心
第4 页
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步骤一：对小车进行受力分析，小车的受力分析如图3所 P 示。
u M
N
F
r
图3 小车受力分析图
图中，P表示摆杆对小车水平方向上的作用力，单位N； N 表示摆杆对小车垂直方向上的作用力，单位（N）。 根据牛顿定律，小车水平方向上的力平衡方程为：
2010-02-20 控制理论与制导技术研究中心 第5 页
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步骤四：化成状态空间描述。
1 x 2 x 2 m 2 l 2 x2 cos x1 sin x1 m lucos x1 x 4 m l cos x1 ( M m)m glsin x1 ( M m) fx2 x 2 ( M m)(J m l2 ) m 2 l 2 cos2 x1 3 x4 x 2 m lfx2 cos x1 m 2 l 2 g sin x1 cos x1 ( J m l2 ) x 4 ( J m l2 )m lx2 sin x1 ( J m l2 )u 4 x ( M m)(J m l2 ) m 2 l 2 cos2 x1
系统辨识与自适应控制作业
系统辨识与自适应控制学院：专业：学号：姓名：系统辨识与自适应控制作业一、对时变系统进行参数估计。
系统方程为：y(k)+a(k)y(k-1)=b(k)u(k-1)+e(k) 其中：e(k)为零均值噪声，a(k)=b(k)=要求：1对定常系统（a=0.8,b=0.5）进行结构（阶数）确定和参数估计；2对时变系统，λ取不同值（0.9——0.99）时对系统辨识结果和过程进行比较、讨论3对辨识结果必须进行残差检验解：一（1）：分析：采用最小二乘法（LS）：最小二乘的思想就是寻找一个的估计值，使得各次测量的与由估计确定的量测估计之差的平方和最小，由于此方法兼顾了所有方程的近似程度，使整体误差达到最小，因而对抑制误差是有利的。
在此，我应用批处理最小二乘法，收敛较快，易于理解，在系统参数估计应用中十分广泛。
作业程序：clear all;a=[1 0.8]'; b=[ 0.5]'; d=3; %对象参数na=length(a)-1; nb=length(b)-1; %na、nb为A、B阶次L=500; %数据长度uk=zeros(d+nb,1); %输入初值：uk(i)表示u(k-i)yk=zeros(na,1); %输出初值x1=1; x2=1; x3=1; x4=0; S=1; %移位寄存器初值、方波初值xi=randn(L,1); %白噪声序列theta=[a(2:na+1);b]; %对象参数真值for k=1:Lphi(k,:)=[-yk;uk(d:d+nb)]'; %此处phi(k,:)为行向量，便于组成phi 矩阵y(k)=phi(k,:)*theta+xi(k); %采集输出数据IM=xor(S,x4); %产生逆M序列if IM==0u(k)=-1;elseu(k)=1;endS=not(S); M=xor(x3,x4); %产生M序列%更新数据x4=x3; x3=x2; x2=x1; x1=M;for i=d+nb:-1:2uk(i)=uk(i-1);enduk(1)=u(k);for i=na:-1:2yk(i)=yk(i-1);endyk(1)=y(k);endthetae=inv(phi'*phi)*phi'*y' %计算参数估计值thetae结果：thetae =0.7787 ，0.5103真值=0.8，0.5解：一（2）：采用遗忘因子递推最小二乘参数估计；其仿真算法如下：Step1：设置初值、，及遗忘因子，输入初始数据；Step2：采样当前输入和输出数据；Step3：利用含有遗忘因子的递推公式计算、和；Step4：k=k+1，返回Step2继续循环。
中南大学系统辨识及自适应控制试卷3份及答案
2009级本科生 系统辨识及自适应控制 考试题一、 概述系统辨识与自适应控制的关系，以及自适应控制的研究对象和系统辨识的定义?（10分）关系：PPT 1.4图及说明。
自适应控制的研究对象：是具有一定程度不确定性的系统。
系统辨识：就是按规定准则在一类模型中选择一个与数据拟合得最好的模型。
二、描述随机过程统计特性的确定性时间函数有哪些？什么是白噪声，它有哪些特性，有何用途？在系统参数辨识实验中为什么常用M 序列或逆M 序列作为被辨识对象的输入信号？（20分）确定性时间函数有：均值函数、方差函数、均方值函数、相关函数等白噪声：一种均值为零，谱密度为非零常数的平衡随机过程白噪声特性：（1）是一种随机过程信号（2）没有记忆性，任意两时刻之间的值不相关（3）均值为零，方差为常数（4）功率谱密度函数为常数用途：（1）作为系统输入时，为系统的单位脉冲响应（2）作为被辨识系统输入时，可以激发系统的所有模态，可对系统充分激励（3）作为被辨识系统输入时，可防止数据病态，保证辨识精度（4）产生有色噪声原因：白噪声是一种理想的随机过程，若做为系统辨识的输入信号，则过程的辨识精度将大大提高，但是白噪声在工程上难以实现，因为工业设备无法按白噪声的变化特性运行。
M 序列与白噪声性质相近，保留了其优点，工业上可以接受。
但是M 序列含有直流成分，将造成对辨识系统的“净扰动”，而逆M 序列将克服这一缺点，是一种比M 序列更为理想的伪随机码序列。
三、简述在下列参数辨识公式中：111111ˆˆˆ[(1)()]()[()()]1[()]T N N N N T N N N T N N N K y N N K P N N P N P I K N P θθϕθϕλϕϕϕλ++-+++⎧⎪=++-⎪=+⎨⎪⎪=-⎩（1）系数λ的作用（10分）；（2）初始值P0如何设定？说明理由（10分）。
（1）加权系数，削弱旧数据产生的误差，对新数据的误差乘以大的加权，其值愈小，跟随时变参数的能力就愈强，但参数估计精度愈低。
(整理)系统辨识自适应控制
1.1讨论系统方程为：（信噪比）至少30%)()1()()1()(k e k u k b k ay k y +-=-+)(k e 为零均值白噪声， =)(k a=)(k b 要求对系统参数辨识进行讨论（1） 定常系统 a=0.8,b=0.5参数递推估计 （2） 时变系统 取不同值是的不同结果并讨论。
（1）取初值P (0)=I 、∧θ（0）=0选择方差为1的白噪声作为输入信号u （k ），L=300，采用RLS 算法进行参数估计，代码及仿真结果图如下： clear all ;close all ;a=[1 0.8]';b=[0.5]';d=1; %对象参数na=length(a)-1;nb=length(b)-1; %na 、nb 为A 、B 阶次L=300; %仿真长度uk=zeros(d+nb,1); %输入初值：uk(i)表示u(k-i) yk=zeros(na,1); %输出初值u=randn(L,1); %输入采用白噪声序列 xi=sqrt(0.1)*randn(L,1); %白噪声序列theta=[a(2:na+1);b]; %对象参数真值thetae_1=zeros(na+nb+1,1); %thetae 初值 P=10^6*eye(na+nb+1); for k=1:Lphi = [-yk;uk(d:d+nb)]; %´此处phi 为列向量 y(k)=phi'*theta + xi(k); %采集输出数据%递推最小二乘法K=P*phi/(1+phi'*P*phi);thetae( : ,k)=thetae_1 + K*(y(k)-phi'*thetae_1); P=(eye(na+nb+1)-K*phi')*P;%更新数据thetae_1 = thetae( : ,k);for i=d+nb:-1:2 uk(i)=uk(i-1); enduk(1)=u(k); for i=na:-1:2yk(i)=yk(i-1); endyk(1)=y(k); endplot([1:L],thetae); %line([1,L],[theta,theta]); xlabel('k');ylabel('参数估计a 、b'); legend('a_1','b_0');axis([0 L -2 2]);图1-1 递推最小二乘法的参数估计结果（2））取初值P (0)=I 、∧θ（0）=0选择方差为1的白噪声作为输入信号u （k ），取 分别为0.91,0.95,0.98,1.00时，L=600，采用FFRLS 算法进行参数估计，代码及仿真图如下所示：clear all ;close all ;a=[1 0.8]';b=[0.5]';d=1; %对象参数na=length(a)-1;nb=length(b)-1; %na 、nb 为A 、B 阶次L=600; %仿真长度uk=zeros(d+nb,1); %输入初值：uk(i)表示u(k-i) yk=zeros(na,1); %输出初值u=randn(L,1); %输入采用白噪声序列xi=sqrt(0.1)*randn(L,1); %白噪声序列thetae_1=zeros(na+nb+1,1); %thetae初值P=10^6*eye(na+nb+1);lambda=0.98; %遗忘因子范围[0.9 1]for k=1:Lif k==301a=[1 0.6]';b=[0.3]'; %对象参数突变endtheta( : ,k)=[a(2 : na+1);b]; %对象参数真值phi = [-yk;uk(d:d+nb)]; %´此处phi为列向量y(k)=phi'*theta( : ,k) + xi(k); %采集输出数据%遗忘因子递推最小二乘法·¨K=P*phi/(lambda+phi'*P*phi);thetae( : ,k)=thetae_1 + K*(y(k)-phi'*thetae_1);P=(eye(na+nb+1)-K*phi')*P/lambda;%更新数据thetae_1 = thetae( : ,k);for i=d+nb:-1:2uk(i)=uk(i-1);enduk(1)=u(k);for i=na:-1:2yk(i)=yk(i-1);endyk(1)=y(k);endsubplot(1,2,1)plot([1:L],thetae(1:na,:));hold on;plot([1:L],theta(1:na,:),'k:'); xlabel('k');ylabel('参数估计a');legend('a_1');axis([0 L -2 2]);subplot(1,2,2)plot([1:L],thetae(na+1:na+nb+1,:));holdon;plot([1:L],theta(na+1:na+nb+1,:),'k:');xlabel('k');ylabel('参数估计b');legend('b_0');axis([0 L -0.5 2]);图1-2-1 遗忘因子递推最小二乘法的参数估计结果（λ=0.91）图1-2-2 遗忘因子递推最小二乘法的参数估计结果（λ=0.95）图1-2-3遗忘因子递推最小二乘法的参数估计结果（λ=0.98）图1-2-4 遗忘因子递推最小二乘法的参数估计结果（λ=1）由以上可以看出，技术对于参数突变的系统，采用FFRLS算法也能够有效地进行参数估计。
自适应控制习题(系统辨识)
自适应控制习题(徐湘元，自适应控制理论与应用，电子工业出版社，2007)【2-1】设某物理量丫与XI 、X2、X3的关系如下：丫=0 1X1 + 0 2X2+0 3X3由试验获得的数据如下表。
试用最小二乘法确定模型参数 0 1、0 2和0 3X1:0.620.40.420.820.660.720.380.520.450.690.550.36X2:12.014.214.612.110.88.2013.010.58.8017.014.212.8 X3:5.206.100.328.305.107.904.208.003.905.503.806.20 Y: 51.649.948.550.649.748.842.645.937.864.853.445.3【2-3】考虑如下模型其中w(t)为零均值、方差为1的白噪声。
根据模型生成的输入/输出数据u(k)和y(k), 分别采用批处理最小二乘法、具有遗忘因子的最小二乘法(入 =0.95)和递推最小二乘法 估计模型参数(限定数据长度 N 为某一数值，如N=150或其它数值)，并将结果加以比 较。
【2-4】 对于如下模型(1 _0.8z 10.15z 2)y(k) 一(z 20.5z 3)u(k) - (1 - 0.65z 1- 0.1z 2)w(k)其中w(k)为零均值、方差为1的白噪声。
根据模型生成的输入/输出数据u(k)和y(k), 分别采用增广最小二乘法和随机逼近法进行模型参数估计，并比较结果。
(提示：w(t)可以用MATLAB^的函数“ randn ”产生)。
【3-1】 设有不稳定系统: (1z 1)y(k)- z ^(10.9z 1)u(k)期望传递函数的分母多项式为Amz z mr且无稳态误差。
试按照极点配置方法设计控制系统，并写出控制表达式。
【3-2} 设有被控过程：一 -_(1 1.7z 1 0.6z 2)y(k)z 2(11.2z 1)u(k) 一 ~- 一--1.3z0.5z u(t)w(t)I 0.3z 21 - - T ()(10.5)，期望输出y 跟踪参考输入y ,y(t)给定期望传递函数的分母多项式为(1)(1 0.61 0.08 2)，试按照极点配置方 A m zzz法设计控制系统，使期望输出无稳态误差，并写出控制表达式 u(k)。
控制系统中的系统辨识与自适应控制
控制系统中的系统辨识与自适应控制在控制系统中，系统辨识与自适应控制是两个关键的方面。
系统辨识是指通过实验或推理的方法，从输入和输出的数据中提取模型的参数和结构信息，以便更好地理解和控制系统的行为。
而自适应控制是指根据系统辨识得到的模型参数和结构信息，实时地调整控制器的参数以适应系统变化，以提高控制性能。
一、系统辨识1.1 参数辨识参数辨识是指确定系统动态模型中的参数。
常用的方法包括最小二乘法、极大似然估计法等。
最小二乘法是一种常见的参数辨识方法，通过最小化实际输出与模型输出之间的误差平方和来确定参数。
1.2 结构辨识结构辨识是指确定系统动态模型的结构，包括确定系统的阶数、输入输出关系等。
常用的结构辨识方法有ARX模型、ARMA模型等。
ARX模型是指自回归外部输入模型，适用于输入输出具有线性关系的系统。
ARMA模型是指自回归滑动平均模型，适用于输入输出关系存在滞后效应的系统。
二、自适应控制自适应控制是根据系统辨识得到的模型参数和结构信息，动态地调整控制器的参数以适应系统的变化。
常用的自适应控制方法有模型参考自适应控制、模型预测控制等。
2.1 模型参考自适应控制模型参考自适应控制是建立在系统辨识模型基础上的控制方法。
通过将系统输出与参考模型输出进行比较，通过调整控制器参数来减小误差。
常见的模型参考自适应控制方法有自适应PID控制、自适应模糊控制等。
2.2 模型预测控制模型预测控制是一种基于系统辨识模型的控制策略，通过对系统未来的状态进行预测，以求得最优控制输入。
模型预测控制可以同时考虑系统的多个输入和多个输出，具有较好的控制性能。
三、应用案例3.1 机械控制系统在机械控制系统中，系统辨识和自适应控制可以被应用于伺服控制系统。
通过系统辨识可以得到伺服电机的动态模型，然后利用自适应控制方法调整PID控制器的参数，以提高伺服系统的响应速度和稳定性。
3.2 化工控制系统在化工控制系统中，系统辨识和自适应控制可以被应用于控制某个反应器的温度。
系统辨识与自适应控制实验报告
系统辨识与自适应控制实验报告一、实验目的1.了解最小二乘算法的实现；2.使用最小二乘法一次完成算法、递推最小二乘法以及广义最小二乘法对系统进行辨识。
二、实验容设单输入-单输出系统的差分方程为y（k）=-取真实值=[ 1.642 0.715 0.39 0.35] ，输入数据如下表所列。
k u(k) k u(k) k u(k)1 1.147 11 -0.958 21 0.4852 0.201 12 0.810 22 1.6333 -0.787 13 -0.044 23 0.0434 -1.589 14 0.947 24 1.3265 -1.052 15 -1.474 25 1.7066 0.866 16 -0.719 26 -0.3407 1.152 17 -0.086 27 0.8908 1.157 18 -1.099 28 1.1449 0.626 19 1.450 29 1.177 10 0.43320 1.15130 -0.390用的真实值利用查分方程求出作为测量值，为均值为0，方差为0.1，0.5的不相关随机序列。
（1） 用最小二乘法估计参数（2） 用递推最小二乘法估计参数θ。
（3） 用辅助变量法估计参数θ。
（4） 设，用广义最小二乘法估计参数θ。
（5） 用增广矩阵法估计参数θ详细分析和比较所获得的参数辨识结果，并说明上述参数辨识方法的优点。
三、 实验设备Matlab 软件，PC 机一台。
四、实验原理4.1 最小二乘一次完成算法 4.1.1 公式 辨识参数L T LL TL LS y XX X 1)(-Λ=θ上式中4.1.2 程序流程图图 1最小二乘一次完成程序流程图4.2 递推最小二乘算法4.2.1 递推公式公式为其中，4.2.2 算法流程图图 2 递推最小二乘法实现程序框图4.3 增广最小二乘递推算法4.3.1 递推公式公式为：其中，4.3.2 算法流程图图 3 增广最小二乘法算法流程图五、实验结果5.1 最小二乘法一次完成实验结果XL =0 0 0 00 0 0 00 0 0.2010 1.1470-0.4798 0 -0.7870 0.20101.0245 -0.4798 -1.5890 -0.7870-0.4439 1.0245 -1.0520 -1.5890 0.9629 -0.4439 0.8660 -1.0520 -1.2332 0.9629 1.1520 0.8660 0.5840 -1.2332 1.5730 1.1520 -1.0939 0.5840 0.6260 1.5730 0.5840 -1.0939 0.4330 0.6260 -0.5647 0.5840 -0.9580 0.4330 0.7317 -0.5647 0.8100 -0.9580 -0.7784 0.7317 -0.0440 0.8100 0.4885 -0.7784 0.9470 -0.0440 -0.5996 0.4885 -1.4740 0.9470 0.8786 -0.5996 -0.7190 -1.4740 -0.2177 0.8786 -0.0860 -0.7190 0.0144 -0.2177 -1.0990 -0.0860 0.5907 0.0144 1.4500 -1.0990 -1.1611 0.5907 1.1510 1.4500 0.5277 -1.1611 0.4850 1.1510 -0.6284 0.5277 1.6330 0.4850 -0.1521 -0.6284 0.0430 1.6330 0.1108 -0.1521 1.3260 0.0430 -0.6053 0.1108 1.7060 1.3260 -0.2147 -0.6053 -0.3400 1.70600.3208 -0.2147 0.8900 -0.3400 -0.6014 0.3208 1.1440 0.8900 0.0005 -0.6014 1.1770 1.1440 yL =0.4798-1.02450.4439-0.96291.2332-0.58401.0939-0.58400.5647-0.73170.7784-0.48850.5996-0.87860.2177-0.0144-0.59071.1611-0.52770.62840.1521-0.11080.60530.2147-0.32080.6014-0.00050.4302辨识参数矩阵c =1.64200.71500.39000.3500a1 =1.6420；a2 =0.7150；b1 =0.3900；b2 =0.3500 下图为输入、输出矩阵的根径图图 4最小二乘法一次实现输入输出根径图5.2 递推最小二乘法算法辨识结果系统输出矩阵：y =Columns 1 through 130 0 0.4798 -1.0245 0.4439 -0.9629 1.2332 -0.5840 1.0939 -0.5840 0.5647 -0.7317 0.7784Columns 14 through 26-0.4885 0.5996 -0.8786 0.2177 -0.0144 -0.5907 1.1611 -0.5277 0.6284 0.1521 -0.1108 0.6053 0.2147Columns 27 through 30-0.3208 0.6014 -0.0005 0.4302辨识参数矩阵（辨识过程执行26次即满足了误差要求）：c =Columns 1 through 130.0010 0 0.0010 0.5690 1.3863 1.64201.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.64200.0010 0 0.0010 0.0010 -0.2821 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.71500.0010 0 0.0719 1.0162 0.5392 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.39000.0010 0 0.4057 0.2403 0.3239 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500Columns 14 through 261.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.64200.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.71500.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.39000.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500辨识误差矩阵：e =Columns 1 through 130 0 0 567.9876 1.4365 0.1844 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.00000 0 0 0 -283.1457 -3.5341 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.00000 0 70.9263 13.1283 -0.4694 -0.2767 0.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 -0.00000 0 404.7388 -0.4078 0.3479 0.0807 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000Columns 14 through 260.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.00000.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.00000.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.00000.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000输入输出根径图图 5 递推最小二乘法输入输出根径图辨识参数过程图 6 递推最小二乘法辨识参数（辨识过程）辨识误差：图 7 递推最小二乘法辨识过程中的误差曲线5.3 增光最小二乘法实验结果随机噪声e0 =Columns 1 through 130.8017 0.3112 0.0400 1.5927 2.1796 -0.2063 0.4197 -0.4914 0.9967 -2.0484 1.3063 0.5351 0.5779Columns 14 through 261.5297 0.0416 0.1831 -0.9543 -1.3474 -0.3873 0.5971 -0.2250 -1.0173 1.3889 -0.3959 0.3049 0.3154Columns 27 through 300.0668 0.7128 0.0522 -1.3478考虑噪声的系统输出矩阵y =Columns 1 through 130 0 1.3292 -2.8976 3.0444 -3.4535 4.0637 -1.2169 1.8419 -1.5061 0.3942 -3.0734 2.3278Columns 14 through 26-0.7705 1.1973 -0.1962 0.3711 -0.4941 -1.4314 1.2987 -1.5689 0.0303 1.8310 0.3403 -0.3472 0.5176Columns 27 through 30-1.1419 -0.4368 0.0696 1.6791不考虑噪声的系统输出矩阵ys =Columns 1 through 130 0 0.4798 -2.4191 2.9124 -3.8936 3.4635 -3.4509 0.1092 -1.3596 1.5440 0.2076 4.7453Columns 14 through 26-1.3584 -0.0452 -1.6585 -1.3303 -0.7543 0.0873 2.8846 -0.1526 2.2396 1.8786 -2.4398 -1.3358 1.4562Columns 27 through 30-0.1371 1.7331 2.2914 1.0575不考虑噪声时的模型输出ym =Columns 1 through 130 0 0.8502 -2.7124 3.2115 -4.4770 4.5771 -3.4086 0.1092 -1.3596 1.5440 0.2076 4.7453Columns 14 through 26-1.3584 -0.0452 -1.6585 -1.3303 -0.7543 0.0873 2.8846 -0.1526 2.2396 1.8786 -2.4398 -1.3358 1.4562Columns 27 through 30-0.1371 1.7331 2.2914 1.0575考虑噪声时的模型输出ymd =Columns 1 through 130 0 1.3292 -2.8976 3.0444 -3.4535 4.0637 -1.2169 1.8419 -1.5061 0.3942 -3.0734 2.3278Columns 14 through 26-0.7705 1.1973 -0.1962 0.3711 -0.4941 -1.4314 1.2987 -1.5689 0.0303 1.8310 0.3403 -0.3472 0.5176Columns 27 through 30-1.1419 -0.4368 0.0696 1.6791辨识参数矩阵：c =Columns 1 through 130.0010 0 0.0010 1.5171 1.6829 1.84351.8250 1.6529 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.64200.0010 0 0.0010 0.0010 -0.1409 0.7419 0.6281 0.7388 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.71500.0010 0 0.1268 1.0576 0.8180 0.3002 0.4168 0.3921 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.39000.0010 0 0.7190 0.6789 0.7019 0.4396 0.1656 0.3522 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.35000.0010 0 -0.1988 0.0261 0.0572 -0.0988 -0.0852 1.0030 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.00000.0010 0 0.2540 0.6848 0.6545 1.34961.4284 1.6100 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.64200.0010 0 0.4430 0.0984 0.1605 0.2657 0.6386 0.7305 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150Columns 14 through 261.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.64200.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.71500.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.3900 0.39000.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.35000.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.3500 0.35001.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.00001.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.6420 1.64200.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150 0.7150Columns 27 through 301.6420 1.6420 1.6420 1.64200.7150 0.7150 0.7150 0.71500.3900 0.3900 0.3900 0.39000.3500 0.3500 0.3500 0.35001.0000 1.0000 1.0000 1.00001.6420 1.6420 1.6420 1.64200.7150 0.7150 0.7150 0.7150辨识参数误差矩阵e =1.0e+003 *Columns 1 through 130 0 0 1.5161 0.0001 0.0001 -0.0000 -0.0001 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.00000 0 0 0 -0.1419 -0.0063 -0.0002 0.0002 -0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 -0.00000 0 0.1258 0.0073 -0.0002 -0.0006 0.0004 -0.0001 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.00000 0 0.7180 -0.0001 0.0000 -0.0004 -0.0006 0.0011 -0.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 0.00000 0 -0.1998 -0.0011 0.0012 -0.0027 -0.0001 -0.0128 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.00000 0 0.2530 0.0017 -0.0000 0.0011 0.0001 0.0001 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.00000 0 0.4420 -0.0008 0.0006 0.0007 0.0014 0.0001 -0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000Columns 14 through 260.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.00000.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000-0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.00000.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000-0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.00000.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.00000.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000-0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000Columns 27 through 300.0000 -0.0000 -0.0000 0.00000.0000 -0.0000 -0.0000 0.00000.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000-0.0000 0.0000 -0.0000 -0.00000.0000 0.0000 0.0000 -0.00000.0000 0.0000 0.0000 0.00000.0000 -0.0000 0.0000 0.0000输入输出根径图：图 8 增广最小二乘法输入输出根径图辨识过程的参数：图 9 增广最小二乘法辨识过程参数辨识过程中的误差图 10 增广最小二乘法辨识过程中的误差系统输出矩阵和模型输出矩阵的对比：图 11 系统输出矩阵和模型输出矩阵的对比图六、结果分析利用最小二乘法对系统进行辨识，能够在最小误差平方的意义上对实验数据实现最好的拟合。
系统辨识与自适应控制
自适应控制应用0引言自从上世纪50年代末期由美国麻省理工学院W hitaker等人提出第一个自适应控制系统以来，已先后出现许多形式的自适应控制系统，特别到70}代在航天工业及计算机技术的推动下，自适应控制理论与技术迅速发展，到90年代初自适应控制理论设计方法实现条件已日趋成熟，特别是与模糊控制、神经网络相结合的自适应控制设计方法将使自适应控制技术成为现代工业生产过程及航天技术上的一种高性能、高效率、高可靠的有效控制方法及手段1自适应控制的应用领域自适应控制在数控机床中的应用之处很多。
像自动换刀报警技术，自动磨损补偿加工技术，自动热误差补偿加工技术等都有用到自适应控制技术。
数控机床的工作原理是通过外界输入控制指令的程序代码，机床中的数控系统自动译码翻译，将其转化为各种控制指令，驱动机床对作用对象进行加工。
正是由于自适应控制在机床加工中的应用，使得机床轮廓铣削和铣槽用时都节省超过1/3;铣面和钻孔省时也都超过20%以上。
除此之外，应用了自适应控制技术的机床还具有许多保护功能加前面提到的自动换刀报警技术，可以危机报警并自动停止加工工作，以免坏的刀具破坏工件以及后续刀具的损毁，这种技术在铣刀加工和钻刀打孔中都有应用到，同时刀具磨损过大，主轴过载等情况系统也有相应的检测和自适应控制的功能。
自适应策略在电力系统控制中的应用主要包括:锅炉蒸汽温度和压力控制、锅炉燃烧效率的优化控制、互连电力系统发电量控制等方面。
针对电厂主蒸汽温度调节的大时滞和不确定性，我国东北电力大学的顾俊杰等采用自适应PSD控制方法，并结合运用内模控制器。
与传统的PID控制系统相比，自适应PSD控制算法简单、计算量小，并且能减少超调量、加快相应速度、缩短稳定时间!。
东南大学的胡一倩等对PID模糊控制器的参数进行自适应调整，并将其用于锅炉过热蒸汽温度的控制，取得了满意的效果。
哈尔滨工业大学的徐立新等结合专家经验得出燃气轮机模糊PI控制规律，并据此设计了透平转速和排气温度的模糊自适应PI控制器，提高了燃气轮机的性能且实先非常方便。
系统辨识与自适应控制matlab仿真_概述说明
系统辨识与自适应控制matlab仿真概述说明1. 引言1.1 概述在控制系统中，系统辨识与自适应控制是两个重要的研究领域。
系统辨识是指通过实验数据来推断和建立数学模型，以揭示被控对象的动态特性和行为规律。
而自适应控制则是基于辨识模型预测，并根据外部环境变化及时调整控制策略，以实现对系统稳定性、鲁棒性和性能的优化。
本文将围绕系统辨识与自适应控制在Matlab仿真环境中的应用展开讨论。
首先，我们会介绍系统辨识和自适应控制的基本概念以及其在工程领域中的重要性。
然后，我们会详细介绍常用的系统辨识方法和自适应控制算法，并通过具体示例来说明它们的实际应用价值。
最后，我们会重点讲解如何利用Matlab进行仿真实验，并分享一些Matlab编程与仿真技巧。
1.2 文章结构本文共分为五个主要部分：引言、系统辨识、自适应控制、Matlab仿真以及结论与展望。
在引言部分，我们将介绍文章的背景和目的，以及整体结构安排。
接下来的三个部分将重点讨论系统辨识和自适应控制两个主题，并具体阐述各自的概念、方法、应用以及仿真结果分析。
最后一部分则是对全文进行总结回顾，并展望未来研究方向和发展趋势。
1.3 目的本文旨在通过对系统辨识与自适应控制在Matlab仿真环境中的研究与应用进行概述说明，帮助读者深入了解该领域的基本理论和实践技巧。
同时，在介绍相关概念和算法的同时，我们也希望能够启发读者思考并提出对未来研究方向和发展趋势的建议。
通过本文的阅读，读者将能够全面了解系统辨识与自适应控制在工程领域中的重要性，并学会利用Matlab进行仿真实验，从而加深对这一领域的理解与认知。
2. 系统辨识2.1 系统辨识概念系统辨识是指通过观测系统输入与输出之间的关系，以及对系统内部状态的估计，来建立数学模型以反映实际物理系统行为的过程。
在控制工程领域中，系统辨识是一种常用的方法，用于从已知输入与输出数据中推断出未知系统的特性和参数。
在系统辨识过程中，我们通常假设被研究的系统是线性、时不变且具有固定结构的。
系统辨识与自适应控制
系统辨识与自适应控制大四上的日子，课虽不多却有点蛋疼，全是带控制的，比如计算机控制啊，过程控制啊，运动控制啊，听起来晦涩、难懂的就是系统辨识与自适应控制了。
在此没有要诋毁谁谁谁的意思，只是强调这门课的难度系数，不过幸好不用考试，一份童言无忌的大作业就可以了，还是非常喜欢这样的形式的。
系统辨识与自适应控制，应该是两门课程，但是是密切联系的。
用马克思的话来说就是，辩证联系的，既有联系又有区别。
在自然和社会科学的许多领域，系统的设计、系统的定量分析、系统的综合及系统的控制，以及对其未来行为的预测，都需要知道系统的未来特性。
建立描述动态系统的数学模型及论述模型建立的理论与方法，即为系统辨识研究的内容。
而自适应控制研究的对象具有不确定性，如何设计一个高性能的控制系统，恰恰是一个自适应控制系统所要研究的问题。
20世纪60年代，自动控制理论发展到了很高的水平，经典控制论被更有前途的现代控制理论所超越，与此同时，工业大生产的发展，也要求将控制技术提到更高的水平。
现代控制理论的应用是建立在已知受控对象的数学模型这一前提下的，而在当时对受控对象数学模型的研究相对较为滞后。
现代控制理论的应用遇到了确定受控对象合适的数学模型的各种困难。
因此，建立系统数学模型的方法——系统辨识，就成为应用现代控制理论的重要前提。
在另一方面，随着计算机科学的飞速发展，计算机为辨识系统所需要进行的离线计算和在线计算提供了高效的工具。
在这样的背景下，系统辨识问题便愈来愈受到人们的重视，成为发展系统理论，开展实际应用工作中必不可少的组成部分。
什么是系统辨识？对于自动控制系统的分析和设计来说，建立受控对象的数学模型是必不可少的。
建立所研究的对象的数学模型，主要有两个途径：一个是借助于基本物理定律，即利用各个专门学科领域提出来的关于物质和能量的守恒性和连续性原理，以及系统结构数据，推导出系统的数学模型。
这种建立模型的方法称为数学建模法或称解析法。
但是，对很大一类工程系统，如化工过程，由于其复杂性，很难用解析法推导出数学模型。
系统辨识及自适应控制实验报告
系统辨识及自适应控制实验报告实验报告：系统辨识及自适应控制1.引言系统辨识和自适应控制是现代自动控制领域中的重要研究内容。
系统辨识是通过采集系统输入输出数据，建立数学模型描述系统的动态行为。
自适应控制则是根据系统辨识得到的模型，调整控制器参数以适应系统的变化和外部干扰。
本实验旨在通过实际操作，掌握系统辨识和自适应控制的基本原理和方法。
2.实验目的1）了解系统辨识的基本原理和方法；2）掌握常见的系统辨识方法，包括参数辨识和频域辨识；3）理解自适应控制的基本原理和方法；4）熟悉自适应控制的实现过程；5）通过实验验证系统辨识和自适应控制的有效性。
3.实验原理3.1系统辨识原理系统辨识的目标是通过采集系统输入输出数据，建立数学模型来描述系统的动态特性。
常见的系统辨识方法包括参数辨识和频域辨识两种。
参数辨识是通过拟合实际测量数据，找到最佳的模型参数。
常用的参数辨识方法有最小二乘法、极大似然法和最小误差平方等。
频域辨识则是通过对输入输出信号的频谱分析，得到系统的频率响应特性。
常用的频域辨识方法有傅里叶变换法、相关分析法和谱估计法等。
3.2自适应控制原理自适应控制是根据系统辨识得到的模型，调整控制器参数以适应系统的变化和外部干扰。
自适应控制分为基于模型的自适应控制和模型无关的自适应控制。
基于模型的自适应控制利用系统辨识得到的模型参数，设计相应的控制器来实现自适应控制。
常见的基于模型的自适应控制方法有模型参考自适应控制和模型预测自适应控制等。
模型无关的自适应控制则不依赖于系统辨识的模型，而是根据实际测量数据直接调整控制器参数。
常见的模型无关的自适应控制方法有自适应滑模控制和神经网络控制等。
4.实验内容4.1系统辨识实验在实验中，我们通过采集系统输入输出数据，根据最小二乘法进行参数辨识。
首先设置系统的输入信号，如阶跃信号或正弦信号，并记录对应的输出数据。
然后根据采集到的数据，选取适当的模型结构，通过最小二乘法求解最佳的模型参数。
系统辨识算法在自适应控制中的应用研究
系统辨识算法在自适应控制中的应用研究一、引言随着现代科技的发展，控制系统的智能化和自适应性的要求越来越高。
系统辨识算法作为现代控制理论中的基础算法之一，已经被广泛应用于自适应控制中。
本文将重点介绍系统辨识算法在自适应控制中的应用研究。
二、系统辨识算法概述系统辨识算法是指通过对系统输入输出数据的统计分析，确定系统的数学模型或某些特征参数的过程。
目前，常见的系统辨识算法有经验模型法、时域法、频域法、模型结构选择法等。
1. 经验模型法经验模型法是指通过对系统的输入输出数据进行尝试，并挑选出最符合实际情况的模型来描述系统的行为。
这种方法的优点是简单易学、计算速度快。
但是由于只是通过试错来确定模型，所以误差较大。
2. 时域法时域法是指对系统的时间序列进行统计分析，从而确定系统的数学模型。
这种方法的优点是计算简单，但是需要输入输出信号进行离散化，因此可能会引入噪声误差。
3. 频域法频域法是指通过对系统输入输出信号的频谱进行分析，得到系统动态特性的数学表达式。
这种方法的优点是能够有效地消除噪声，但是计算比较复杂。
4. 模型结构选择法模型结构选择法是指对不同种类的数学模型进行比较，通过评估模型的统计拟合程度，选择最优的模型。
这种方法的优点是能够较为准确地描述系统的动态特性。
三、系统辨识算法在自适应控制中的应用在自适应控制中，系统辨识算法被广泛应用于参数估计、模型预测控制、自调整控制和基于模型的控制等方面。
1. 参数估计自适应控制需要根据实时的系统输入输出数据对控制对象进行建模，确定控制参数，从而实现自适应控制。
系统辨识算法可以通过对系统输入输出数据进行处理，得到系统的动态特性，从而确定控制参数，实现自适应控制。
2. 模型预测控制模型预测控制是指通过对系统输入输出数据进行处理，建立系统的预测模型，进行系统状态的预测，并根据预测结果进行控制。
系统辨识算法可以生成系统的数学模型，进而实现模型预测控制。
3. 自调整控制自调整控制是指对控制对象进行调整以满足控制要求的过程。
自动控制系统中的模型辨识与自适应控制策略
自动控制系统中的模型辨识与自适应控制策略引言自动控制系统是现代工程领域中很重要的一个研究方向，它涉及到各种各样的应用，如工业自动化、航天技术、机器人技术等。
在自动控制系统中，模型辨识和自适应控制策略是两个关键领域。
本文将讨论自动控制系统中的模型辨识和自适应控制策略的原理、方法和应用。
模型辨识模型辨识是自动控制系统中的一个重要研究领域，它旨在从系统的输入和输出数据中构建出一个有效的数学模型。
该数学模型能够描述和预测系统的动态行为，从而为系统设计和控制提供依据。
常用的模型辨识方法包括参数辨识、结构辨识和非参数辨识。
参数辨识方法是基于假设系统模型是已知结构的情况下进行的。
通过对系统的输入和输出数据进行拟合，参数辨识方法能够估计出系统模型中的参数。
这些参数可以被用于描述系统的动态性能，并且可以用于设计稳定的自适应控制器。
结构辨识方法是在没有先验知识的情况下，通过试探不同的系统结构来辨识系统模型。
这种方法常常使用组合算法和优化算法，通过对系统数据进行训练，筛选出最符合系统动态特性的模型结构。
结构辨识方法在辨识非线性系统和复杂系统方面具有很大的优势。
非参数辨识方法是一种基于经验分布函数和核函数的统计方法。
该方法不依赖于特定模型的假设，而是直接从数据中提取系统的动态信息。
非参数辨识方法可以用于辨识非线性系统和时变系统，适用范围广泛。
自适应控制策略自适应控制策略是一种可以根据系统的实时信息进行不断更新和优化的控制策略。
自适应控制器能够自动调整控制参数，以适应系统的变化和不确定性。
常用的自适应控制策略包括模型参考自适应控制和直接自适应控制。
模型参考自适应控制是一种基于模型参考思想的控制策略。
该策略通过引入一个参考模型来指导控制器的参数调整。
控制器的目标是使系统的输出与参考模型的输出保持一致。
模型参考自适应控制可以有效地抑制扰动和噪声的影响，提高系统的鲁棒性。
直接自适应控制是一种通过在线辨识系统模型的控制策略。
该策略通过对系统的输入和输出数据进行递归估计，不断更新模型参数。
系统辨识及自适应控制作业
直流调速系统的系统辨识闭环系统是把反映输出转速的电压信号反馈到系统输入端，与给定电压比较，形成一个闭环。
由于反馈的作用，系统可以自行调整转速，这种方式也称为反馈控制。
引入转速负反馈信号以后，放大器的输入信号是给定信号s U 和反馈信号fnU 之差，即fn s n U U U -=∆。
当电动机负载增加时，电枢电阻压降必然增大。
若是开环系统，电动机转速只能下降，但是在闭环系统中，转速稍有降落，反馈电压fn U 随之下降，接着是↑↑→↓→↑→↑→∆n U U U d ct n α上述调节过程是当负载增加（或降低）时，相应地整流电压d U 就提高（或减小），从而补偿掉电动机电枢回路电阻电压的增量，维持电动机反电势E （或转速n ）几乎不变。
转速反馈闭环调速系统是一种基本的反馈控制系统，它具有三个基本特征。
一，只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。
二，反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。
三，系统的精度依赖于给定和反馈检测精度。
图1.1是用集成电路运算放大器作为电压放大器的转速负反馈闭环控制有静差直流调速系统。
检测的反馈信号fn U 与转速n 成正比，n U fn α=，α又称为转速反馈系数。
由该调速系统的工作原理可以确定系统的输入量为电压S U ，输出量 为电动机转速n电压比较环节：fn s n U U U -=∆放大器：n P c K U U ∆= 测速发电机：n U fn α=P K ——放大器的电压放大系数；0fP R K R =- α——测速反馈系数，单位为Vmin/r; 额定励磁下直流电动机E dtdI LRI dd d ++=0U （主电路，假定电流连续） n C Ee Φ=（额定励磁下的感应电动势）dt dnGD T T L e ⋅=-3752（牛顿动力学定律，忽略粘性摩擦）d me I C T Φ=（额定励磁下的电磁转矩）式中 L T —包括电机空载转矩在内的负载转矩，单位为Nm ；2GD —电力拖动系统运动部分折算到电机轴上的飞轮力矩，单位为2Nm ；e m C C π30=——电动机额定励磁下的转矩电流比，单位为Nm/A ；定义下列时间常数：RLT l =——电枢回路电磁时间常数，单位为s ； me m C C GD T 3752=——电力拖动系统机电时间常数，单位为；得电压与电流间的传递函数1/1)()()(I s 0+=-s T Rs E s U s d d 电流与电动势间的传递函数为sT Rs I s I s E m dl d =-)()()(额定励磁下直流电动机的动态结构图如下：图1.2 额定励磁下直流电动机的动态结构图如果是理想空载，则0)(=s I dl ，直流电动机电枢回路的传递函数()201()()1e d m l m C N s U s T T s T s Φ=++对以上各环节表达式整理，得到以电压为S U 输入，转速n 为输出的传递函数：(*)其中 该系统为典型的二阶系统。
系统辨识与自适应控制作业
一、系统辨识部分1、SISO 系统作为仿真对象)()2(5.0)1()2(7.0)1(5.1)(k e k U k U k Z k Z k Z +-+-=-+--二阶的离散的，其中{e(k)}为服从N(0,1)分布的白噪声序列；输入信号)(k U 采用四阶逆重复m 序列，其中幅值为1，数据信噪比β=14.3% 选择的辨识模型为：)()2(5.0)1()2()1()(2121k k U b k U b k Z a k Z a k Z ε+-+-=-+--用最小二乘估计的一次性完成算法和LS 递推算法分别估计参数，选取数据长度480=l ，选取的初始值⎩⎨⎧==⨯226010p 001.0Q I （遗忘因子μ=0.995）。
解：最小二乘估计的一次性完成算法程序代码：clear clc%-----产生M 序列输入信号--------------------- l=480;y1=1;y2=1;y3=1;y4=0; for i=1:l;x1=xor(y3,y4);x2=y1;x3=y2;x4=y3;y(i)=y4; if y(i)>0.143,u(i)=-1; else u(i)=1; endy1=x1;y2=x2;y3=x3;y4=x4; endfigure(1);stem(u) grid ontitle('输入信号')%-----产生白噪声信号------- A=19;x0=12;M=500; for k=1:l x=A*x0;x1=mod(x,M); v(k)=x1/512; x0=x1; endfigure(2);stem(v) title('白噪声信号')z=zeros(479,1);z(2)=0;z(1)=0;w=0.995;l=477;for k=3:479;z(k)=1.5*z(k-1)-0.7*z(k-2)+u(k-1)+0.5*u(k-2)+v(k);zstar(k)=z(k)*w^(l-k+2);endH=zeros(477,4);for k=1:477H(k,1)=-z(k+1)*w^(l-k);H(k,2)=-z(k)*w^(l-k);H(k,3)=-u(k+1)*w^(l-k);H(k,4)=-u(k)*w^(l-k);endestimate=inv(H'*H)*H'*(zstar(3:479))'辨识结果：estimate =-1.53760.6938-0.9780-0.4565最小二乘估计的递推算法的程序元代码：clearclc%-----产生M序列输入信号---------------------l=480;y1=1;y2=1;y3=1;y4=0;for i=1:l;x1=xor(y3,y4);x2=y1;x3=y2;x4=y3;y(i)=y4;if y(i)>0.143,u(i)=-1;else u(i)=1;endy1=x1;y2=x2;y3=x3;y4=x4;endfigure(1);stem(u)grid ontitle('输入信号')%-----产生白噪声信号-------A=19;x0=12;M=500;for k=1:lx1=mod(x,M);v(k)=x1/512;x0=x1;endfigure(2);stem(v)title('白噪声信号')z=zeros(479,1);z(2)=0;z(1)=0;for k=3:479;z(k)=1.5*z(k-1)-0.7*z(k-2)+u(k-1)+0.5*u(k-2)+v(k); endP=10^6*eye(4,4);e=zeros(4,478);e(:,1)=[P(1,1),P(2,2),P(3,3),P(4,4)];c=zeros(4,478);c(:,1)=[0.001 0.001 0.001 0.001]';K=[10;10;10;10];w=0.995;for k=3:479;h=[-z(k-1),-z(k-2),u(k-1),u(k-2)]';K=P*h*inv(h'*P*h+w);c(:,k-1)=c(:,k-2)+K*(z(k)-h'*c(:,k-2));P=(eye(4)-K*h')*P/w;e(:,k-1)=[P(1,1),P(2,2),P(3,3),P(4,4)];enda1=c(1,:);a2=c(2,:);b1=c(3,:);b2=c(4,:);ea1=e(1,:);ea2=e(2,:);eb1=e(3,:);eb2=e(4,:);figure(3);i=1:478;plot(i,a1,'r',i,a2,'y:',i,b1,'g',i,b2,':')title('最小二乘递推算法辨识曲线')axis([0,500,-2,2])figure(4);i=1:478;plot(i,ea1,'r',i,ea2,':',i,eb1,'g',i,eb2,':')title('最小二乘递推算法辨识误差曲线')axis([0,500,0,10])-2-1.5-1-0.500.511.52最小二乘递推算法辨识曲线012345678910二、自适应控制部分1、设有二阶系统，1)(122++=s a s a s D ，1)(=s N 。
系统辨识与自适应控制论文作业
1.采用M 语言或Simulink 环境编写递推最小二乘算法，辨识模型参数)2()1()2()1()(2121-+-=-+-+k u b k u b k y a k y a k y ，其中5.11-=a ，7.02=a ，0.11=b ，5.02=b 。
写出设计程序(M 语言加注释，Simulink 环境写出设计思路)。
解: 给定一个系统模型:)2()1()2()1()(2121-+-=-+-+k u b k u b k y a k y a k y其中: 5.11-=a ,7.02=a ,0.11=b ,5.02=b设计M 语言程序如下：m = 3;N=100;uk=rand(1,N); %生成0~1的一行N 列的随机矩阵for i=1:Nuk(i)=uk(i)*(-1)^(i-1);endyk=zeros(1,N); %生成一行N 列的零矩阵for k=3:Nyk(k)=1.5*yk(k-1)-0.7*yk(k-2)+uk(k-1)+0.5*uk(k-2);endtheta=[0;0;0;0];pn=10^6*eye(4);for t=3:N %该for 循环为递推最小二乘法的程序ps=([yk(t-1);yk(t-2);uk(t-1);uk(t-2)]);pn=pn-pn*ps*ps'*pn*(inv(1+ps'*pn*ps));theta=theta+pn*ps*(yk(t)-ps'*theta);thet=theta';a1=thet(1);a2=thet(2);b1=thet(3);b2=thet(4);enda1t(t)=a1;a2t(t)=a2;b1t(t)=b1;b2t(t)=b2;t=1:N; %显示曲线plot(t,-a1t(t),t,-a2t(t),t,b1t(t),t,b2t(t));text(20,-1.4,'a1'); %在曲线旁边显示字符text(20,0.65,'a2');text(20,0.94,'b1');text(20,0.45,'b2');仿真结果为：图1 参数变化曲线图通过曲线可以看出，大约在第10步递推过程时，参数趋于稳定，5003.11-=a ，7006.02=a ，9987.01=b ，4997.02=b 。
系统辨识与自适应控制
系统辨识与自适应控制一、笔试部分(占课程成绩的80%)考试形式：笔试开卷答卷要求：笔答，可以参阅书籍，要求简明扼要，不得大段抄教材，不得相互抄袭试题：1.简要描述系统识别的基本概念（概念、定义和主要步骤）（10分）2简述相关辨识的基本原理和基于二进制伪随机序列的相关辩识方法（原理、框图和功能）。
（10分）3简述离散线性动态（si/so）过程参数估计最小二乘方法（ｌｓ法）的主要内容和优缺点。
带遗忘因子的递推最小二乘估计（RLS法）的计算步骤和主要递推公式的物理意义（10点）4简述什么是时间序列？时间序列建模如何消除恒定趋势、线性趋势和季节性影响？（10分）5何谓闭环系统的可辨识性问题，它有那些主要结论？（10分）6什么是时间离散动态分数延迟过程？“分数延迟”对过程模型的零点和极点有影响什么影响？（10分）7.简要描述什么是自适应控制，什么是模型参考自适应控制（MRAC）？，给出一个例子来说明MRAC的设计方法（10分）。
8请设计以下流程（yr=0）y(k)-1.6y(k-1)+0.8y(k-2)=u(k-2)-0.5u(k-3)+?(k)+1.5?(k-1)+0.9?(k-2)的最小方差控制器（mvc）和广义最小方差控制器（gmvc）,并分析他们主要表现在：。
（10分）二、上机报告ｒｌｓ仿真（占课程成绩的20%）交卷时间：6月9日下午试题的标准答案1简述系统辨识的基本概念（概念、定义和主要步骤）（10分）系统辨识是研究如何利用未知系统的测试或运行数据（输入/输出数据）建立系统数学模型的科学。
它是现代控制理论的一个分支。
该数学模型是近似的、非唯一的。
根据辨识目的的不同，系统辨识的结果也可以有不同的答案。
（3分）2定义：根据数学等价性的观点，定义为“系统辨识是根据输入/输出数据从一类模型中确定与被测系统等价的模型”。
根据近似的观点，它被定义为“系统辨识有三个要素——数据、模型类和准则。
系统辨识是根据一个准则选择一个最适合模型类中数据的模型”。
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系统辨识与自适应控制学院：专业：学号：姓名：系统辨识与自适应控制作业一、 对时变系统进行参数估计。
系统方程为：y(k)+a(k)y(k-1)=b(k)u(k-1)+e(k) 其中：e(k)为零均值噪声，a(k)= b(k)=要求：1对定常系统（a=0.8,b=0.5）进行结构（阶数）确定和参数估计；2对时变系统，λ取不同值（0.9——0.99）时对系统辨识结果和过程进行比较、讨论3对辨识结果必须进行残差检验 解：一（1）：分析：采用最小二乘法（LS ）：最小二乘的思想就是寻找一个θ的估计值θˆ，使得各次测量的),1(m i Z i =与由估计θˆ确定的量测估计θˆˆi i H Z =之差的平方和最小，由于此方法兼顾了所有方程的近似程度，使整体误差达到最小，因而对抑制误差是有利的。
在此，我应用批处理最小二乘法，收敛较快，易于理解，在系统参数估计应用中十分广泛。
作业程序：clear all;a=[1 0.8]'; b=[ 0.5]'; d=3; %对象参数na=length(a)-1; nb=length(b)-1; %na 、nb 为A 、B 阶次 L=500; %数据长度uk=zeros(d+nb,1); %输入初值：uk(i)表示u(k-i) yk=zeros(na,1); %输出初值x1=1; x2=1; x3=1; x4=0; S=1; %移位寄存器初值、方波初值 xi=randn(L,1); %白噪声序列theta=[a(2:na+1);b]; %对象参数真值 for k=1:Lphi(k,:)=[-yk;uk(d:d+nb)]'; %此处phi(k,:)为行向量，便于组成phi 矩阵y(k)=phi(k,:)*theta+xi(k); %采集输出数据IM=xor(S,x4); %产生逆M 序列 if IM==0u(k)=-1; elseu(k)=1; endS=not(S); M=xor(x3,x4); %产生M 序列%更新数据x4=x3; x3=x2; x2=x1; x1=M;for i=d+nb:-1:2uk(i)=uk(i-1);enduk(1)=u(k);for i=na:-1:2yk(i)=yk(i-1);endyk(1)=y(k);endthetae=inv(phi'*phi)*phi'*y' %计算参数估计值thetae结果：thetae =0.7787 ，0.5103真值=0.8，0.5解：一（2）：采用遗忘因子递推最小二乘参数估计；其仿真算法如下：Step1：设置初值、，及遗忘因子，输入初始数据；Step2：采样当前输入和输出数据；Step3：利用含有遗忘因子的递推公式计算、和；Step4：k=k+1，返回Step2继续循环。
其中：对时变系统，λ取不同值（0.9——0.99）时对系统辨识结果和过程进行比较、讨论作业程序：clear all; close all;a=[1 0.8]’;b=[0.5]’;d=2; %对象参数na=length(a)-1;nb=length(b)-1; %na、nb为A、B阶数L=500; %仿真长度uk=zeros(d+nb,1); %输入初值yk=zeros(na,1); %输出初值u=randn(L,1); %输入采用白噪声序列xi=sqrt(0.1)*randn(L,1); %白噪声序列thetae_1=zeros(na+nb+1,1);p=10^6*eye(na+nb+1);lambda=0.95; %遗忘因子for k=1:L;if k>300;a=[1 0.6]';b=[0.3]';endthetae(:,k)=[a(2:na+1);b];phi=[-yk;uk(d:d+nb)];y(k)=phi'*thetae(:,k)+xi(k); %采集输出数据%递推最小二乘法K=p*phi/(lambda+phi'*p*phi);thetae(:,k)=thetae_1+K*(y(k)-phi'*thetae_1);p=(eye(na+nb+1)-K*phi')*p/lambda;%更新数据thetae_1=thetae(:,k);for i=d+nb:-1:2uk(i)=uk(i-1);enduk(1)=u(k);for i=na:-1:2yk(i)=yk(i-1);endyk(1)=y(k);endsubplot(1,2,1)plot([1:L],thetae(1:na,:));hold on; plot([1:L], thetae(1:na,:),'k:'); xlabel('k');ylabel('参数估计a');axis([0 L -0.5 2]);subplot(1,2,2)plot([1:L],thetae(na+1:na+nb+1,:));holdon;plot([1:L],thetae(na+1:na+nb+1,:),'k:');xlabel('k');ylabel('参数估计b');axis([0 L -0.5 2]);仿真结果图1-1遗忘因子递推最小二乘法的参数估计结果（=0.95）图1-2遗忘因子递推最小二乘法的参数估计结果（λ=0.99）综上所述，可知从仿真图可以看出，当0<k<300时，a的值大约在0.8左右波动，b的值大约在0.5左右波动。
当k>300时，a、b的值发生变化，此时a的值大约在0.6左右波动，b的值大约在0.3左右波动。
所以在此种情况下，可以达到辨识目的，但是由于波动较大，辨识效果不理想。
同时，当λ=0.99时比前面所述λ=0.96时的辨识结果更为明显。
这种情况下当估计值变化稳定时，估计值的变化率比较小，辨识效果较为理想。
一（3）：根据残差平方和估计模型的阶次SISO 过程的差分方程模型的输出残差为)(~k z ，数据长度L ，n H ˆ为n ˆ阶时的数据矩阵，nˆˆθ为n ˆ阶时的参数的估计量，n ˆ为模型阶次估计值，0n 为真实阶次，则残差平方和函数J ： )(~1)ˆ()ˆ(1~~1)ˆ(12ˆˆˆˆˆˆ00k z L H z H z L z z L n J L n n k n n n T n n n n T n ∑++==--==θθ 残差平方和有这样的性质：当L 足够大时，随着n ˆ增加)ˆ(n J 先是显著地下降，当nˆ>0n 时，)ˆ(nJ 值显著下降的现象就终止。
这就是损失函数法来定阶的原理。
程序：N=15;%4位移位寄存器产生的M 序列的周期 y1=1;y2=1;y3=1;y4=0; for i=1:N;x1=xor(y3,y4); x2=y1; x3=y2; x4=y3; y(i)=y4;if y(i)>0.5,u(i)=-1; else u(i)=1; endy1=x1;y2=x2;y3=x3;y4=x4; end%白噪声的产生A=19;x0=12;M=1024; for k=1:N x=A*x0; x1=mod(x,M); v(k)=x1/512; x0=x1; end%辨识主程序z=zeros(7,N);zs=zeros(7,N);zm=zeros(7,N);zmd=zeros(7,N); z(1)=0;z(2)=0; zs(1)=0; zs(2)=0; zm(1)=0; zm(2)=0; zmd(1)=0;zmd(2)=0;theta=zeros(7,1);p0=10^6*eye(7,7);the=[theta,zeros(7,14)];e=zeros(7,15);for k=3:N;h=[-z(k-1),-z(k-2),u(k-1),u(k-2),v(k),v(k-1),v(k-2)]';x=inv(h'*p0*h+1);q=p0*h*x;d1=z(k)-h'*theta;theta1=theta+q*d1;zs(k)=-1.5*z(k-1)+0.7*z(k-2)+u(k-1)+0.5*u(k-2);zm(k)=[-z(k-1),-z(k-2),u(k-1),u(k-2)]*[theta1(1);theta1(2);theta1(3); theta1(4)];zmd(k)=h'*theta1;e(:,k)=theta1-theta;theta=theta1;the(:,k)=theta1;p1=p0-q*q'*[h'*p0*h+1];p0=p1;endfigure(1);i=1:N;plot(i,the(1,:),'r',i,the(2,:),'r:',i,the(3,:),'b',i,the(4,:),'b:',i, the(5,:),'g',i,the(6,:),'g:',i,the(7,:),'g+')title('辨识曲线')figure(2);i=1:N;plot(i,e(1,:),'r',i,e(2,:),'r:',i,e(3,:),'b',i,e(4,:),'b:',i,e(5,:),' g',i,e(6,:),'g:',i,e(7,:),'r+')title('辨识误差曲线')图1-3-1辨识曲线图1-3-2辨识误差曲线由以上对比曲线可以看出，经过最小二乘法估计得到的数据与实际数据之间虽然存在区别，但是基本符合要求, 说明辨识效果较好。
二、已知系统方程：y(k)+1.2 y(k-1)+0.35 y(k-2)=u(k-2)+0.4 u(k-3)+e(k)+1.1e(k-1)+0.28e(k-2)其中e(k)为白噪声序列。
要求：1、对系统进行参数递推估计；2、进行最小方差控制器设计；3、进行基于最小方差控制的自适应控制系统仿真分析（设输入信号为方波信号）。
二（1）：程序：clear all; close all;a=[1 1.2 0.35]'; b=[1 0.4]'; c=[1 1.1 0.28]'; d=3; %对象参数na=length(a)-1; nb=length(b)-1; nc=length(c)-1; %na、nb、nc为A、B、C阶次L=1000; %仿真长度uk=zeros(d+nb,1); %输入初值：uk(i)表示u(k-i)yk=zeros(na,1); %输出初值xik=zeros(nc,1); %噪声初值xiek=zeros(nc,1); %噪声估计初值u=randn(L,1); %输入采用白噪声序列xi=sqrt(0.1)*randn(L,1); %白噪声序列theta=[a(2:na+1);b;c(2:nc+1)]; %对象参数thetae_1=zeros(na+nb+1+nc,1); %na+nb+1+nc为辨识参数个数P=10^6*eye(na+nb+1+nc);for k=1:Lphi=[-yk;uk(d:d+nb);xik];y(k)=phi'*theta+xi(k); %采集输出数据phie=[-yk;uk(d:d+nb);xiek]; %组建phie%递推增广最小二乘法K=P*phie/(1+phie'*P*phie);thetae(:,k)=thetae_1+K*(y(k)-phie'*thetae_1);P=(eye(na+nb+1+nc)-K*phie')*P;xie=y(k)-phie'*thetae(:,k); %白噪声的估计值%更新数据thetae_1=thetae(:,k);for i=d+nb:-1:2uk(i)=uk(i-1);enduk(1)=u(k);for i=na:-1:2yk(i)=yk(i-1);endyk(1)=y(k);for i=nc:-1:2xik(i)=xik(i-1);xiek(i)=xiek(i-1);endxik(1)=xi(k);xiek(1)=xie;endfigure(1)plot([1:L],thetae(1:na,:));xlabel('k'); ylabel('参数估计a');legend('a_1','a_2'); axis([0 L -2 2]);figure(2)plot([1:L],thetae(na+1:na+nb+1,:));xlabel('k'); ylabel('参数估计b');legend('b_0','b_1'); axis([0 L -2 2]);figure(3)plot([1:L],thetae(na+nb+2:na+nb+nc+1,:));xlabel('k'); ylabel('参数估计c');legend('c_1','c_2'); axis([0 L -2 2]);对系统进行最广最小二乘的递推估计（RELS），仿真结果如下图2.1所示。