递归最小二乘法辨识参数
机械臂动力学参数辨识
机械臂动力学参数辨识动力学参数辨识在机械臂的研究和应用中具有重要意义。
准确的动力学参数对于机械臂运动学分析、轨迹规划以及控制算法设计等都有着重要的影响。
一、基于静态重力补偿静态重力补偿是机械臂动力学参数辨识的一种简单有效的方法。
通过控制机械臂处于静止状态，并在不同的关节角度下测量末端执行器的重力矩，可以推导出机械臂的惯性矩阵。
这种方法不需要进行复杂的实验和数据处理，适用于一些简单的机械臂系统。
二、基于递归最小二乘法递归最小二乘法是一种递归在线辨识算法，在机械臂动力学参数辨识中具有广泛应用。
该方法采用递归的方式不断更新参数，并通过最小化测量数据与模型之间的误差来求解参数。
该方法适用于在线实时辨识，可以随着机械臂的运动获取更准确的参数。
三、基于质心力矩法质心力矩法是一种基于动力学模型的参数辨识方法。
该方法通过测量机械臂质心位置和末端执行器的力矩，结合动力学模型，可以推导出机械臂的质量、惯性矩阵等参数。
这种方法可以同时辨识多个参数，适用于较复杂的机械臂系统。
四、基于人工神经网络人工神经网络是一种基于模式识别的辨识方法。
该方法通过训练神经网络模型，将输入的机械臂关节角度和末端执行器的力矩作为输入，将模型输出与实际测量值进行比较，通过反向传播算法调整网络权值，从而获得机械臂的动力学参数。
该方法可以适用于不确定或难以建模的机械臂系统。
在进行机械臂动力学参数辨识时，需要注意以下几点。
一、实验数据的收集要准确可靠。
需要使用高精度传感器对机械臂的运动和力矩进行测量，保证数据的可信度。
二、辨识方法的选择要根据具体情况进行。
不同的机械臂系统可能适用不同的辨识方法，要根据实际需要选择最合适的方法。
三、辨识结果的评估和验证是非常重要的。
辨识得到的参数需要经过合理的评估和验证，与实际测量值进行对比，以保证辨识结果的准确性。
综上所述，机械臂动力学参数辨识是机械臂研究和应用中的重要环节。
通过合适的辨识方法和准确的数据收集，可以获取到机械臂系统的动力学参数，为后续的控制算法设计和系统建模提供基础。
遗忘因子递推最小二乘法辨识rc电路
遗忘因子递推最小二乘法辨识rc电路遗忘因子递推最小二乘法（Recursive Least Squares，简称RLS）是一种用于参数辨识的方法，主要针对线性时变系统的辨识问题。
在本文中，我们将探讨如何使用RLS方法辨识RC电路。
首先，我们需要了解什么是RC电路。
RC电路由一个电阻和一个电容组成，其工作原理是通过电阻阻碍电流的流动，而电容则储存电荷。
RC电路可以用于滤波器、积分器等应用中。
在辨识RC电路时，我们可以将其视为一个一阶系统，其传递函数可以表示为：H(s) = 1 / (RCs + 1)其中，s是频率，RC是电阻和电容的乘积。
我们的目标是辨识出RC的值。
接下来，我们将介绍如何使用RLS方法辨识RC电路的参数。
首先，我们需要采集一些输入-输出数据对。
我们可以通过施加不同的输入信号，并记录输出信号来获取这些数据对。
这些输入信号可以是脉冲信号、阶跃信号或正弦信号等。
设输入信号为u(t)，输出信号为y(t)，则我们可以得到如下的离散模型：y(k) = wT(k) · x(k)其中，y(k)是第k个采样点的输出，w(k)是待辨识的参数向量，x(k)是输入-输出数据对构成的特征向量。
在训练过程中，我们需要定义一个递归的更新规则来更新参数向量w(k)。
这里，我们引入遗忘因子λ，用于控制历史数据对参数的影响程度。
遗忘因子的取值范围为0到1之间，较大的值表示较快的遗忘，较小的值表示较慢的遗忘。
参数向量的更新公式如下：w(k) = w(k-1) + P(k-1) · x(k) · e(k)其中，P(k-1)是协方差矩阵，它与遗忘因子有关，可以通过递推方式得到：P(k) = 1/λ · (P(k-1) - P(k-1) · x(k) · x(k)T · P(k-1) / (λ + x(k)T · P(k-1) · x(k)))e(k)是输出误差，可以通过以下方式计算：e(k) = y(k) - wT(k-1) · x(k)以上就是使用遗忘因子递推最小二乘法辨识RC电路的基本原理和公式。
三线性系统递归最小二乘辨识与仿真分析
三线性系统递归最小二乘辨识与仿真分析在工程领域中，系统的辨识和仿真分析是非常重要的任务。
在本文中，我们将重点讨论三线性系统递归最小二乘辨识与仿真分析的相关内容。
首先，我们来了解一下什么是三线性系统。
三线性系统是指具有线性状态方程，但状态转移函数中存在三次非线性项的系统。
这种系统具有比一般线性系统更广泛的应用领域，在一些非线性控制问题中具有重要的作用。
接下来，我们将介绍递归最小二乘辨识方法在三线性系统中的应用。
递归最小二乘辨识是一种基于最小二乘准则的参数辨识方法，通过不断迭代的方式来逼近系统的参数。
对于三线性系统而言，递归最小二乘辨识方法可以用于估计系统的非线性项参数，从而实现系统的准确辨识。
在进行递归最小二乘辨识时，我们需要首先确定一个递归模型，即由参数表示的系统模型。
然后，我们可以通过观测数据和测量数据来进行参数的估计。
递归最小二乘辨识方法的核心思想是通过不断更新参数的估计值来逼近真实的系统参数，以实现对系统的准确辨识。
为了验证递归最小二乘辨识方法的有效性，我们需要进行仿真分析。
仿真分析是一种基于模型的方法，通过在计算机上模拟系统的运行来获得系统的性能指标和动态响应。
在三线性系统的仿真分析中，我们可以通过建立递归最小二乘辨识得到的参数模型，并将其应用于仿真平台上，来模拟系统的运行情况。
在仿真分析中，我们可以通过调整模型参数来观察系统的不同响应。
通过比较仿真结果和实际观测结果，我们可以评估递归最小二乘辨识方法的准确性和适用性。
仿真分析还可以帮助我们进一步优化系统参数，以获得更好的控制性能和响应特性。
总结而言，三线性系统递归最小二乘辨识与仿真分析是一项重要的任务，在工程领域中具有广泛的应用。
递归最小二乘辨识方法可以实现对三线性系统参数的准确估计，而仿真分析可以验证辨识方法的有效性和系统的性能。
通过这些研究工作，我们可以更好地理解和应用三线性系统的特性，为控制和优化提供有效的解决方案。
通过以上论述，我们对三线性系统递归最小二乘辨识与仿真分析有了更加清晰的认识。
递推最小二乘估计及模型阶次辨识
实验二 递推最小二乘估计(RLS)及模型阶次辨识(F-Test ）1 实验方案设计1.1 生成输入数据和噪声用M 序列作为辨识的输入信号，噪声采用标准正态分布的白噪声。
生成白噪声时，首先利用乘同余法生成U[0,1]均匀分布的随机数，再利用U[0,1]均匀分布的随机数生成标准正态分布的白噪声。
1.2 过程仿真辨识模型的形式取)()()()()(11k e k u z B k z z A +=--，为方便起见，取n n n b a == 即nn n n zb a b z b z B z a a a z a z A ------++++=++++=...1)(...1)(22112211用M 序列作为辨识的输入信号。
1.3 递推遗忘因子法数据长度L 取534，初值⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡==1000010000100001)0(001.0)0(P θ 1.4 计算损失函数、噪声标准差损失函数⎥⎦⎤⎢⎣⎡+---+-=μθμττ)()1()()]1(ˆ)()([)1()(2k h k P k h k k h k z k J k J噪声标准差θλdim )(ˆ-=L L J1.6 F-Test 定阶法计算模型阶次统计量t)22,2(~222)1()1()()1,(----++-=+n L F n L n J n J n J n n t其中，)(∙J 为相应阶次下的损失函数值，L 为所用的数据长度，n 为模型的估计阶次。
若a t n n t >+)1,(，拒绝00:n n H >，若a t n n t <+)1,(，接受00:n n H >，其中αt 为风险水平α下的阀值。
这时模型的阶次估计值可取1+n 。
1.6 计算噪信比和性能指标噪信比22ye σση= 参数估计平方相对偏差i i i ni i i θθθθθδˆ~,~1221-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑= 参数估计平方根偏差ii i n i ini iθθθθθδˆ~,)()~(2122122-==∑∑== 2 编程说明M 序列中，M 序列循环周期取15124=-=p N ，时钟节拍t ∆=1Sec ，幅度1=a ，特征多项式为1)(56⊕⊕=s s s F 。
最小二乘类辨识算法
L
1 n
，则模型
计值为
zL H L nL 的参数估
ˆMV
(H
T L
1 n
H
L
)1
H
T L
Z 1
nL
相应的参数估计偏差的协方差为
cov{~MV
}
E{(H
T L
1 n
H
L
)1}
40
推论 2
若模型 zL H L nL 中的 nL 是零均值的白噪
声向量，且加权矩阵取 L I ，则参数估计偏
开始
产生输入信号 M 序列
一
产生输出信号 z（k）
般
最
小
给出样本矩阵 H m 和 Z m
二
乘
估计参数
参
数
辨
分离估计参数 a1 、 a2 、 b1 和 b2
识
流
画图：输入/输出信号和估计参数
程
图
结束
４.5 最小二乘参数估计值的统计性质
最小二乘参数估计值具有随机性，因此需要研究 它们的统计性质
1. 无偏性 2. 参数估计偏差的协方差性质 3．一致性 4. 有效性 5. 渐近正态性
第４ 章 最小二乘类参数辨识方法
1
主要内容
引言 最小二乘辨识算法 自适应辨识算法 偏差补偿最小二乘法 增广最小二乘算法 广义最小二乘法 辅助变量法 系统的结构辨识
2
４.1 引言
如果
仅仅关心所要辨识的过程输入输出特性 可以将所过程视为“黑箱” 而不考虑过程的内部机理
3
过程的“黑箱”结构
u(k) 和 z(k) 分别是过程的输入和输出 G(z 1 ) - 描述输入输出关系的模型，称为过程模型
最小二乘参数辨识方法及原理
2.2 一般最小二乘法原理及算法
z (k ) a i y (k i) bi u (k i) v (k )
i 1 i 1 n n
如果定义
h ( k ) [ y ( k 1), y ( k 2 ), , y ( k n ), u ( k 1), u ( k 2 ), , u ( k n )]
1 1 1
1 1 1
1
1
1
z1 1 1 ( z 1 z 2 ) 2 z2
r 1 0 0 1 1 4 r 1 1 1 1
2、最小二乘辨识方法的基本概念
通过试验确定热敏电阻阻值和温度间的关系
t (C ) R ( )
t1 R1
t2 R2
tN
1
tN RN
RN
1
R a bt
• 当测量没有任何误差时，仅需2个测量值。 • 每次测量总是存在随机误差。
y i R i v i 或 y i a bt v i
v i y i R i 或 v i＝ y i a bt i
常见做法：
太复杂 使
max | y i R i |
1 i N
N
最小 /* minimax problem */ 不可导，求解困难
使 |y
i 1
i
Ri |
最小
最小
使 |y
i 1
m
i
Ri |
H
2
1 1
r R 0
0 4r
第五章 最小二乘参数辨识方法 第十二讲
《系统辨识基础》第12讲要点第5章 最小二乘参数辨识方法5.1 辨识方法分类根据不同的辨识原理，参数模型辨识方法可归纳成三类：① 最小二乘类参数辨识方法，其基本思想是通过极小化如下准则函数来估计模型参数：min )()ˆ(ˆ==∑=θθLk k J 12ε其中)(k ε代表模型输出与系统输出的偏差。
典型的方法有最小二乘法、增广最小二乘法、辅助变量法、广义最小二乘法等。
② 梯度校正参数辨识方法，其基本思想是沿着准则函数负梯度方向逐步修正模型参数，使准则函数达到最小，如随机逼近法。
③ 概率密度逼近参数辨识方法，其基本思想是使输出z 的条件概率密度)|(θz p 最大限度地逼近条件0θ下的概率密度)|(0θz p ，即)|()ˆ|(0m a xθθz p z p −−→−。
典型的方法是极大似然法。
5.2 最小二乘法的基本概念● 两种算法形式① 批处理算法：利用一批观测数据，一次计算或经反复迭代，以获得模型参数的估计值。
② 递推算法：在上次模型参数估计值)(ˆ1-k θ的基础上，根据当前获得的数据提出修正，进而获得本次模型参数估计值)(ˆk θ，广泛采用的递推算法形式为() ()()()~()θθk k k k d z k =-+-1K h其中)(ˆk θ表示k 时刻的模型参数估计值，K (k )为算法的增益，h (k -d ) 是由观测数据组成的输入数据向量，d 为整数，)(~k z 表示新息。
● 最小二乘原理定义：设一个随机序列)},,,(),({L k k z 21∈的均值是参数θ 的线性函数θτ)()}({k k z h =E其中h (k )是可测的数据向量，那么利用随机序列的一个实现，使准则函数21])()([)(θθτ∑=-=Lk k k z J h达到极小的参数估计值θˆ称作θ的最小二乘估计。
● 最小二乘原理表明，未知参数估计问题，就是求参数估计值θˆ，使序列的估计值尽可能地接近实际序列，两者的接近程度用实际序列与序列估计值之差的平方和来度量。
第四章最小二乘参数辨识方法及原理
yi Ri vi 或 yi a bt vi
vi yi Ri或vi＝yi a bti
第十四页，编辑于星期五：十九点 二十六分。
3利用最小二乘法求模型参数
根据最小二乘的准则有
N
N
J min vi2 [Ri (a bti )]2
i 1
i 1
根据求极值的方法，对上式求导
m
使 w(k) | z(k) y(k) |2 最小 k 1
第十三页，编辑于星期五：十九点 二十六分。
3、最小二乘辨识方法的基本概念
通过试验确定热敏电阻阻值和温度间的关系
t (C)
t1
R ()
R1
t2
t N 1
tN
R2
RN 1
RN
R a bt
• 当测量没有任何误差时，仅需2个测量值。
• 每次测量总是存在随机误差。
k v k aiv k i
i0
(4-5)
n
n
y k ai y k i biu k i (k )
i1
i0
(4-6)
如果u k 也有测量误差，则在 k 中应包含这一测量误差。
第二十三页，编辑于星期五：十九点 二十六分。
现在分别测出个 n N 输出值和输入值：y 1，y 2， ，y n N 及 u 1，u 2， ，u n N 。则可写出N个方程：
4.7 增广矩阵法（ELS/RELS）（增广最小二乘法）
4.8 多阶段最小二乘法（MSLS） 4.9 几种最小二乘类辨识算法的比较
第二页，编辑于星期五：十九点 二十六分。
本章的学习目的
1、掌握最小二乘参数辨识方法的基本原理 2、掌握常用的最小二乘辨识方法 3、熟练应用最小二乘参数辨识方法进行模型参数辨识
使用最小二乘法法进行系统辨识的两种方法
递推最小二乘法辨识与仿真现在有如下的辨识仿真对象：图中， )(k v 是服从N )1,0(分布的不相关随机噪声。
且)(1-zG )()(11--=z A z B ，)(1-z N )()(11--=zC zD ， （1）⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+==+-=--------1)(5.00.1)()(7.05.11)(121112111z D z zz B z C z z a z A选择上图所示的辨识模型。
仿真对象选择如下的模型结构：)()2()1()2()1()(2121k w k u b k u b k y a k y a k y +-+-=-+-+可得系统模型为：)()2(5.0)1()2(7.0)1(5.1)(k w k u k u k y k y k y +-+-=-+-- 递推最小二乘法的推导公式如下：)]1(ˆ)()()[()1(ˆ)(ˆ--+-=k k k z k k k θh K θθτ )1()]()([)]()()1([)(11--=+-=--k k k k k k k τP h K I h h PP τ1]1)()1()()[()1()(-+--=k k k k k k h P h h P K τ相关程序如下：% exp053 %%递推最小二乘法程序%clear%清理工作间变量L=55;% M序列的周期y1=1;y2=1;y3=1;y4=0;%四个移位寄存器的输出初始值for i=1:L;%开始循环，长度为Lx1=xor(y3,y4);%第一个移位积存器的输入是第3个与第4个移位积存器的输出的“或”x2=y1;%第二个移位积存器的输入是第3个移位积存器的输出x3=y2;%第三个移位积存器的输入是第2个移位积存器的输出x4=y3;%第四个移位积存器的输入是第3个移位积存器的输出y(i)=y4;%取出第四个移位积存器幅值为"0"和"1"的输出信号，if y(i)>0.5,u(i)=-0.03;%如果M序列的值为"1"时,辨识的输入信号取“-0.03”else u(i)=0.03;%当M序列的值为"0"时,辨识的输入信号取“0.03”end%小循环结束y1=x1;y2=x2;y3=x3;y4=x4;%为下一次的输入信号做准备end%大循环结束，产生输入信号uw=normrnd(0, sqrt(0.1), 1, 55);%加入白噪声figure(1);%第1个图形，伪随机序列stem(u),grid on%以径的形式显示出输入信号并给图形加上网格z(2)=0;z(1)=0;%取z的前两个初始值为零for k=3:55;%循环变量从3到55z(k)=1.5*z(k-1)-0.7*z(k-2)+u(k-1)+0.5*u(k-2)+w(k);%给出理想的辨识输出采样信号endc0=[0.001 0.001 0.001 0.001,0.001]';%直接给出被辨识参数的初始值,即一个充分小的实向量p0=10^6*eye(5,5);%直接给出初始状态P0，即一个充分大的实数单位矩阵E=0.000000005;%相对误差E=0.000000005c=[c0,zeros(5,54)];%被辨识参数矩阵的初始值及大小e=zeros(5,55);%相对误差的初始值及大小for k=3:55; %开始求Kh1=[-z(k-1),-z(k-2),u(k-1),u(k-2),w(k)]'; x=h1'*p0*h1+1; x1=inv(x); %开始求K(k)k1=p0*h1*x1;%求出K的值d1=z(k)-h1'*c0; c1=c0+k1*d1;%求被辨识参数ce1=c1-c0;%求参数当前值与上一次的值的差值e2=e1./c0;%求参数的相对变化e(:,k)=e2; %把当前相对变化的列向量加入误差矩阵的最后一列c0=c1;%新获得的参数作为下一次递推的旧参数c(:,k)=c1;%把辨识参数c 列向量加入辨识参数矩阵的最后一列p1=p0-k1*k1'*[h1'*p0*h1+1];%求出 p(k)的值p0=p1;%给下次用if e2<=E break;%若参数收敛满足要求，终止计算end%小循环结束end%大循环结束c;%显示被辨识参数e;%显示辨识结果的收敛情况%分离参数a1=c(1,:); a2=c(2,:); b1=c(3,:); b2=c(4,:);d1=c(5,:);ea1=e(1,:); ea2=e(2,:); eb1=e(3,:); eb2=e(4,:);figure(2);%第2个图形i=1:55;%横坐标从1到55plot(i,a1,'r',i,a2,':',i,b1,'g',i,b2,':',i,b1,'k') %画出a1，a2，b1，b2的各次辨识结果title('系统辨识结果')%图形标题如果系统中的参数为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+-=+==+-=----------211211121112.01)(5.00.1)()(7.05.11)(z z z D z zz B z C z z a z A 那么系统模型机构为：)2(2.0)1()()2(5.0)1()2(7.0)1(5.1)(-+--+-+-=-+--k w k w k w k u k u k y k y k y 相关程序如下： % exp054.m % %递推最小二乘法编程%clear%清理工作间变量 L=55;% M 序列的周期y1=1;y2=1;y3=1;y4=0;%四个移位寄存器的输出初始值 for i=1:L;%开始循环，长度为Lx1=xor(y3,y4);%第一个移位积存器的输入是第3个与第4个移位积存器的输出的“或” x2=y1;%第二个移位积存器的输入是第3个移位积存器的输出 x3=y2;%第三个移位积存器的输入是第2个移位积存器的输出 x4=y3;%第四个移位积存器的输入是第3个移位积存器的输出 y(i)=y4;%取出第四个移位积存器幅值为"0"和"1"的输出信号，if y(i)>0.5,u(i)=-0.03;%如果M序列的值为"1"时,辨识的输入信号取“-0.03”else u(i)=0.03;%当M序列的值为"0"时,辨识的输入信号取“0.03”end%小循环结束y1=x1;y2=x2;y3=x3;y4=x4;%为下一次的输入信号做准备end%大循环结束，产生输入信号uw=normrnd(0, sqrt(0.1), 1, 55);figure(1);%第1个图形，伪随机序列stem(u),grid on%以径的形式显示出输入信号并给图形加上网格z(2)=0;z(1)=0;%取z的前两个初始值为零for k=3:55;%循环变量从3到55z(k)=1.5*z(k-1)-0.7*z(k-2)+u(k-1)+0.5*u(k-2)+w(k)-w(k-1)+0.2*w(k-2);%给出理想的辨识输出采样信号endc0=[0.001 0.001 0.001 0.001,0.001]';%直接给出被辨识参数的初始值,即一个充分小的实向量p0=10^6*eye(5,5);%直接给出初始状态P0，即一个充分大的实数单位矩阵E=0.000000005;%相对误差E=0.000000005c=[c0,zeros(5,54)];%被辨识参数矩阵的初始值及大小e=zeros(5,55);%相对误差的初始值及大小for k=3:55; %开始求Kh1=[-z(k-1),-z(k-2),u(k-1),u(k-2),w(k),w(k-1),w(k-2)]';x=h1'*p0*h1+1; x1=inv(x); %开始求K(k)k1=p0*h1*x1;%求出K的值d1=z(k)-h1'*c0; c1=c0+k1*d1;%求被辨识参数ce1=c1-c0;%求参数当前值与上一次的值的差值e2=e1./c0;%求参数的相对变化e(:,k)=e2; %把当前相对变化的列向量加入误差矩阵的最后一列c0=c1;%新获得的参数作为下一次递推的旧参数c(:,k)=c1;%把辨识参数c 列向量加入辨识参数矩阵的最后一列p1=p0-k1*k1'*[h1'*p0*h1+1];%求出 p(k)的值p0=p1;%给下次用if e2<=E break;%若参数收敛满足要求，终止计算end%小循环结束end%大循环结束c;%显示被辨识参数e;%显示辨识结果的收敛情况%分离参数a1=c(1,:); a2=c(2,:); b1=c(3,:); b2=c(4,:);d1=c(5,:);d2=c(6,:);d3=c(7,:); figure(2);%第2个图形i=1:55;%横坐标从1到55plot(i,a1,'r',i,a2,':',i,b1,'g',i,b2,':',i,d1,'k',i,d2,':',i,d3,'*') %画出a1，a2，b1，b2的各次辨识结果title('系统辨识结果')%图形标题。
基于最小二乘法的电机参数辨识基于最小二乘法的电机参数辨识摘要基
基于最小二乘法的电机参数辨识摘要：基于异步电机在两相坐标系里的状态方程，通过检测电机的定子电压、电流和转速信号，而不需要转子磁链信号，利用最小二乘法递推算法对电机参数进行了辨识，由于不需要转子磁链，这样通过观测得到的磁链就不会影响辨识的准确性，消除了参数计算和磁链观测之间的耦合，仿真结果和实验验证了辨识的准确性。
关键词：最小二乘法参数辨识异步电机1.引言20世纪70年代磁场定向原理的提出，使得交流传动的矢量控制技术理论上可以达到与直流传动相近的动、静态性能。
然而异步电机矢量控制需要对转子磁链进行准确的观测以实现对定子电流和转子磁场的定向控制，这就要求得到精确的电机参数，这些参数受温度、集肤效应和磁通饱和等影响，导致磁链观测结果不准确，使得实际的矢量控制效果难以达到理论分析的结果。
20世纪80年代中期Depenbrock教授提出的直接转矩控制（DTC）方法，磁链和转矩由滞环控制，系统的转矩响应比矢量控制要好一些，但 DTC也有它的局限性——要使用定子电阻来估算定子磁链。
定子电阻随着温度和电流频率的变化而变化，在低速时会极大地影响控制器的性能。
为了解决定子电阻变化的影响，出现了许多定子电阻的辨识方法。
主要有以下几种：采用全阶观测器的MRAS进行转速和定子电阻的同时辨识；采用转子磁通的参考值和估计值之间的偏差来调节定子电阻；此外，还有采用d轴电流的偏差进行定子电阻辨识的方法。
对电阻辨识方法，利用从电机的零序电压中提取的转子齿谐波电压信号计算转速，用该转速与无速度传感器控制中的估计转速比较，用这个误差来进行转子电阻的辨识，但是由于低速下转子齿谐波电压微弱，检测困难，限制了这种方法在低速下的应用；通过在电机的转子磁通轴上加低频脉动的电流使得转子磁通幅值产生波动，实现转子电阻和转速的同时辨识；在加减速过程中，磁通幅值发生变化时进行的转子电阻的辨识，不需要额外注入信号；在线辨识定子电阻，使转子电阻按一定比例随辨识的定子电阻改变的方法；这些方法都很难消除参数计算和磁链观测之间存在的耦合。
递推最小二乘辨识-
– 若系统没有充分激励,则学习系统与自适应系统 就不能一致收敛.
• 不一致收敛则意味着所建模型存在未建模动态或模 型误差较大,这对模型的应用带来巨大隐患.
• 如对自适应控制,未建模动态可能导致系统崩溃.
– 为保证学习系统与自适应系统一致收敛,则所产 生的系统的学习样本数据(系统输入输出信号) 应具有尽可能多的模态,其频带要足够宽,而且 其信号强度不能以指数律衰减.
(A+BCD)[A-1-A-1B(C-1+DA-1B)-1DA-1]
=I-B(C-1+DA-1B)-1DA-1+BCDA-1 -BCDA-1B(C-1+DA-1B)-1DA-1
=I-B[I-C(C-1+DA-1B)+CDA-1B](C-1+DA-1B)-1DA-1 =I 因此,矩阵反演公式(4)成立.
P ( k ) [ P - 1 ( k - 1 ) ( k - 1 ) ( k - 1 ) - 1 ]
( 3 )
• 由式(3)和矩阵反演公式(4),可得P(k)的如下递推计算式
P (k ) P (k-1-P )(k-1(k )-1 )1 [ (k-1 )P (k-1(k )-1 ) 1 ]
θ ˆ(k ) (Φ k Φ k)-1 Φ k Y k P (k )Φ k Y k
有
P-1(k)θ ˆ(k)Φ kY(k)
(A+BCD)-1=A-1-A-1B(C-1+DA-1B)-1DA-1
–即
利用公式 P-1(k)θ ˆ(k)Φ kY(k)
θ ˆ ( k ) P ( k )Φ k [ 1( k - 1 )Y ] ( k [ - 1 )y ( k ) ]
小二乘参数辨识方法及原理
目录
• 引言 • 小二乘参数辨识方法 • 小二乘参数辨识原理 • 小二乘参数辨识的应用 • 小二乘参数辨识的优缺点 • 小二乘参数辨识的未来发展
01
引言
目的和背景
目的
小二乘参数辨识方法是一种数学优化技术，旨在通过最小化预测值与实际观测值之间的平方误差和，来估计模 型参数。这种方法广泛应用于各种领域，如系统辨识、回归分析、机器学习等。
易于理解和实现
最小二乘法的原理直观易懂，且易于通过编程实现。
缺点
对异常值敏感
最小二乘法对数据中的异常值非常敏感，异常值可能会对参数估计 产生显著影响。
假设限制
最小二乘法要求误差项是随机的且服从正态分布，这在某些情况下 可能无法满足。
无法处理非线性问题
最小二乘法主要用于线性回归问题，对于非线性问题，可能需要其他 方法。
将小二乘参数辨识方法应用于机器学习中，提高模型 的训练效率和精度。
控制系统
将小二乘参数辨识方法应用于控制系统中，实现系统 的优化和自适应控制。
生物医学工程
将小二乘参数辨识方法应用于生物医学工程中，实现 对生理信号的准确分析和处理。
感谢您的观看
THANKS
背景
随着现代科技和工程领域的快速发展，越来越多的复杂系统需要建立数学模型进行描述和预测。小二乘参数辨 识方法作为一种有效的参数估计方法，能够为这些复杂系统的建模提供重要的技术支持。
小二乘参数辨识的定义
定义
小二乘参数辨识，也称为最小二乘法，是一种通过最小化观测数据与模型预测数据之间的平方误差和来估计模型 参数的方法。这种方法的基本思想是通过最小化误差的平方和来找到最佳的参数值，使得模型的预测结果与实际 观测结果之间的差异最小。
Matlab的系统辨识和参数估计方法
Matlab的系统辨识和参数估计方法一、引言Matlab是一种强大的计算机软件，被广泛应用于各个领域的科学研究和工程实践。
在信号处理、控制系统设计等领域，系统的辨识和参数估计是一项重要的任务。
本文将介绍Matlab中常用的系统辨识和参数估计方法，包括参数辨识、频域辨识、时域辨识等方面。
同时，还将探讨这些方法的优势和局限性。
二、参数辨识参数辨识是一种推断系统输入和输出之间关系的方法。
Matlab提供了多种参数辨识工具箱，例如System Identification Toolbox。
其中，最常用的方法包括最小二乘法、极大似然法、递归最小二乘法等。
最小二乘法是一种经典的参数估计方法，通过最小化测量值与预测值之间的差异来估计参数。
Matlab中的lsqcurvefit函数可以用于最小二乘拟合曲线。
例如，通过拟合一组数据点得到一个最优的曲线，可以估计曲线的参数。
极大似然法是一种基于概率统计的参数估计方法，通过最大化观测数据出现的似然函数来估计参数。
Matlab中的mle函数可以用于极大似然估计。
例如，在某个信号的概率密度函数已知的情况下，可以通过观测到的样本来估计概率密度函数的参数。
递归最小二乘法是一种递归更新参数的方法，可以在随时间变化的系统中实时地进行参数估计。
Matlab中的rls函数可以用于递归最小二乘估计。
例如，在自适应滤波中，可以通过递归最小二乘法来实时估计信号的参数。
三、频域辨识频域辨识是一种基于频谱分析的参数估计方法，可以在频率域中确定系统的特性。
Matlab提供了多种频域辨识工具箱，例如System Identification Toolbox和Signal Processing Toolbox。
其中，最常用的方法包括功率谱密度估计、自相关函数法、协方差法等。
功率谱密度估计是一种常用的频域参数估计方法，可以估计信号在不同频率上的能量分布。
Matlab中的pwelch函数可以用于功率谱密度估计。
递推最小二乘辨识讲解
（2）每增加一次观测量，都必须重新计算φ，（）T -1。
（3）如果出现φ列相关，既不满秩的情况， T 为病态矩阵，则不能得到最 小二乘估计值。 *递推最小二乘参数辨识，就是当被辨识的系统在运行时，每取得一次新的观
测数据后，就在前一次估计结果的基础上，利用新引入的观测数据对前次 估计的结果，根据递推算法进行修正，从而递推地得出新的参数估计值。 这样，随着新的观测数据的逐次引入，一次接一次的进行参数计算，直到 参数估计值达到满意的精确程度为止。
P(k -1)(k -1) (k -1)
P
(k
)
I
-
1
(k
- 1) P
(k
-1)
(k
-1)
P
(k
-1)
其中的计算顺序为先计算P(k),然后再计算 θˆ(k) .
(7) (8)
有时,为计算方便并便于理解,上述RLS估计算法又可表示 为
常规最小二乘辨识的递推算法
主要内容
1.思想及原理 2.实例与MATLAB仿真 3.应用
1.递推最小二乘法的思想及原理
1.1递推最小二乘法的引入 *最小二乘法的缺陷 （1）数据量越多，系统参数估计的精度就越高，为了获得满意的辨识结果，
矩阵的阶数 T 常常取得相当大。这样矩阵求逆的计算量很大，存储量
1.2递推算法的思想 * 递推辨识算法的思想可以概括成
新的参数估计值=旧的参数估计值+修正项 即新的递推参数估计值是在旧的递推估计值的基础上而成，
这就是递推的概念. 递推算法不仅可减少计算量和存储量,而且能实现在线
实时辨识. * 递推算法是依时间顺序,每获得一次新的观测数据就修
正一次参数估计值,随着时间的推移,便能获得满意的辨 识结果. RLS法即为成批型LS算法的递推化，即将成批型LS算法
最小二乘参数辨识方法
《系统辨识基础》第17讲要点第5章 最小二乘参数辨识方法5.9 最小二乘递推算法的逆问题辨识是在状态可测的情况下讨论模型的参数估计问题，滤波是在模型参数已知的情况下讨论状态估计问题，两者互为逆问题。
5.10 最小二乘递推算法的几种变形最小二乘递推算法有多种不同的变形，常用的有七种情况：① 基于数据所含的信息内容不同，对数据进行有选择性的加权；② 在认为新近的数据更有价值的假设下，逐步丢弃过去的数据；③ 只用有限长度的数据；④ 加权方式既考虑平均特性又考虑跟综能力；⑤ 在不同的时刻，重调协方差阵P (k )；⑥ 设法防止协方差阵P (k )趋于零；5.10.1 选择性加权最小二乘法把加权最小二乘递推算法改写成[]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=+--=--+-=-)1()]()([)(1)()1()()()()1()()()]1(ˆ)()()[()1(ˆ)(ˆ1k k k k k k k k k k k k k k k z k k k P h K P h P h h P K h K τττθθθI ΛΛ 算法中引进加权因子，其目的是便于考虑观测数据的可信度．选择不同的加权方式对算法的性质会有影响，下面是几种特殊的选择：① 一种有趣的情况是Λ()k 取得很大，在极限情况下，算法就退化成正交投影算法。
也就是说，当选择⎩⎨⎧=-≠-∞=0)()1()(,00)()1()(,)(k k k k k k k h P h h P h ττΛ 构成了正交投影算法⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=--=--+-=)1()]()([)()()1()()()1()()]1(ˆ)()()[()1(ˆ)(ˆk k k k k k k k k k k k k z k k k P h K P h P h h P K h K τττθθθI 算法初始值取P ()0=I 及∃()θε0=(任定值)，且当0)()1()(=-k k k h P h τ时，令K ()k =0。
最小二乘法辨识
y ( n 1) y (2) u (n 2) u (2)
y ( n N 1) y(N ) u (n N ) u(N )
( n 1) (n 2) (n N )
x(k)为理论输出值，y(k)为实际观测值 n(k)为观测噪声。则有： ( k ) y ( k ) n ( k ) x
将x(k)代入上式，可得输入输出数据方程为：
y ( k ) a1 y ( k 1) a n y ( k n ) b 0 u ( k ) b1u ( k 1) b n u ( k n ) ( k )
ˆ min J
下面我们推导θ估计值的计算方法。
J取得最小值，也即J为极值，则有：
J ˆ θ
0
ˆ T ˆ [ (Y Φ θ ) (Y Φ θ ) ] ˆ θ
0
T ˆ 2 Φ (Y Φ θ ) 0
T ˆ Φ Φθ Φ
T
Y
其中, ( Φ
T
Φ)
为(2n+1)×(2n+1)的方阵。
基本的最小二乘法(LS)
辨识准则：残差平方和最小。
(1)残差e
ˆ ˆ 为模型的计算值，即 e YY , Y
ˆ ˆ Y θ
(2)指标函数J
n N
J
k n 1
e ( k ) ee
2
T
ˆ T ˆ (Y θ) (Y θ)
最小二乘法辨识就是使J最小的参数估计方法。
非参数模型辨识方法参数模型辨识方法用来进行系统参数辨识的最小二乘法是一种经典的数据处理方法最早的应用可追溯到18世纪高斯为了提高天体运动观测的准确性提出了最小二乘法
系统辨识—最小二乘法
最小二乘法参数辨识1 引言系统辨识是根据系统的输入输出时间函数来确定描述系统行为的数学模型。
现代控制理论中的一个分支。
通过辨识建立数学模型的目的是估计表征系统行为的重要参数，建立一个能模仿真实系统行为的模型，用当前可测量的系统的输入和输出预测系统输出的未来演变，以及设计控制器。
对系统进行分析的主要问题是根据输入时间函数和系统的特性来确定输出信号。
对系统进行控制的主要问题是根据系统的特性设计控制输入，使输出满足预先规定的要求。
而系统辨识所研究的问题恰好是这些问题的逆问题。
通常，预先给定一个模型类μ={M}（即给定一类已知结构的模型），一类输入信号u和等价准则J=L(y，yM)(一般情况下，J是误差函数，是过程输出y和模型输出yM的一个泛函)；然后选择使误差函数J达到最小的模型，作为辨识所要求的结果。
系统辨识包括两个方面：结构辨识和参数估计。
在实际的辨识过程中，随着使用的方法不同，结构辨识和参数估计这两个方面并不是截然分开的，而是可以交织在一起进行的。
2 系统辨识的目的在提出和解决一个辨识问题时，明确最终使用模型的目的是至关重要的。
它对模型类（模型结构）、输入信号和等价准则的选择都有很大的影响。
通过辨识建立数学模型通常有四个目的。
①估计具有特定物理意义的参数有些表征系统行为的重要参数是难以直接测量的，例如在生理、生态、环境、经济等系统中就常有这种情况。
这就需要通过能观测到的输入输出数据，用辨识的方法去估计那些参数。
②仿真仿真的核心是要建立一个能模仿真实系统行为的模型。
用于系统分析的仿真模型要求能真实反映系统的特性。
用于系统设计的仿真，则强调设计参数能正确地符合它本身的物理意义。
③预测这是辨识的一个重要应用方面，其目的是用迄今为止系统的可测量的输入和输出去预测系统输出的未来的演变。
例如最常见的气象预报，洪水预报，其他如太阳黑子预报，市场价格的预测，河流污染物含量的预测等。
预测模型辨识的等价准则主要是使预测误差平方和最小。
递推最小二乘法相关辨识方法
z ( k ) + a1 z ( k − 1) + LL + ana z ( k − na ) = b1u ( k − 1) + LL +bnb u ( k − nb ) + e ( k )
l 则系统可表示为
A ( z −1 ) z ( k ) = B ( z −1 ) u ( k ) + A ( z −1 )
l 为了减少计算量，减少数据在计算机中占用的 内存，并实时辨识出系统动态特性，我们常利用最 小二乘法的递推形式。其基本思想可以概括成 ) ) 新的估计值θ ( k ) =旧的估计值θ ( k − 1) +修正项 下面我们来推导递推最小二乘算法的原理。 首先，将最小二乘一次完成算法写为
) −1 T T T θ LS = ( H L H L ) H L zL = P ( L ) H L zL
l 把P(k)写成
利用矩阵反演公式 可得
P (k ) = P
T −1
−1
( k − 1) + h ( k ) h ( k )
T
−1 T −1 −1
−1
( A + CC )
= A − A C ( I + C A C ) C T A −1
−1
−1
T P ( k ) = P ( k − 1) − P ( k − 1) h ( k ) hT ( k ) P ( k − 1) h ( k ) P ( k − 1) h ( k ) + 1
l 设一个时不变SISO线性离散动态系统的数学模 型为 A ( z −1 ) z ( k ) = B ( z −1 ) u ( k ) + e ( k ) 假设模型的阶次已经设定，且一般有na ≥ nb 。将模型 写成最小二乘形式
最小二乘参数辨识方法
《系统辨识基础》第17讲要点第5章 最小二乘参数辨识方法5.9 最小二乘递推算法的逆问题辨识是在状态可测的情况下讨论模型的参数估计问题，滤波是在模型参数已知的情况下讨论状态估计问题，两者互为逆问题。
5.10 最小二乘递推算法的几种变形最小二乘递推算法有多种不同的变形，常用的有七种情况：① 基于数据所含的信息内容不同，对数据进行有选择性的加权； ② 在认为新近的数据更有价值的假设下，逐步丢弃过去的数据； ③ 只用有限长度的数据；④ 加权方式既考虑平均特性又考虑跟综能力； ⑤ 在不同的时刻，重调协方差阵P (k )； ⑥ 设法防止协方差阵P (k )趋于零； 5.10.1 选择性加权最小二乘法 把加权最小二乘递推算法改写成[]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=+--=--+-=-)1()]()([)(1)()1()()()()1()()()]1(ˆ)()()[()1(ˆ)(ˆ1k k k k k k k k k k k k k k k z k k k P h K P h P h h P K h K τττθθθI ΛΛ算法中引进加权因子，其目的是便于考虑观测数据的可信度．选择不同的加权方式对算法的性质会有影响，下面是几种特殊的选择：① 一种有趣的情况是Λ()k 取得很大，在极限情况下，算法就退化成正交投影算法。
也就是说，当选择⎩⎨⎧=-≠-∞=0)()1()(,00)()1()(,)(k k k k k k k h P h h P h ττΛ 构成了正交投影算法⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=--=--+-=)1()]()([)()()1()()()1()()]1(ˆ)()()[()1(ˆ)(ˆk k k k k k k k k k k k k z k k k P h K P h P h h P K h K τττθθθI 算法初始值取P ()0=I 及 ()θε0=(任定值)，且当0)()1()(=-k k k h P h τ时，令K ()k =0。
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递归最小二乘法辨识参数
递归最小二乘法（Recursive Least Squares, RLS）是一种参数
辨识方法，它使用递归算法来求解最小二乘法中的参数。
在许多领域中，例如系统辨识、自适应控制、信号处理等，递归最小二乘法都是
一个广泛使用的方法。
递归最小二乘法的基本思想是：通过递归迭代来更新参数估计值，使其逼近最优解。
在递归过程中，每一次迭代时，都会通过当前的测
量值来更新参数的估计值，同时保留历史测量值的影响，从而获得更
精确的估计值。
具体地说，在递归过程中，首先需要定义一个初始参数向量，然
后通过观测数据序列来递归更新参数向量。
假设有一个如下所示的线
性关系：
y(k) = Φ(k) * θ + v(k)
其中，y(k)是被观测到的输出值，Φ(k)是与该输出值相关的输入
向量，θ是待辨识的参数向量，v(k)是误差项。
递归最小二乘法的目
标就是通过观测数据来估计θ的值。
在递归最小二乘法中，首先需要定义一个初始的参数向量θ0，然后通过数据序列递归地更新θ的值。
每一次迭代时，都会用最新的观测数据来更新参数向量，使得估计值更接近真实值。
具体来说，每次观测到新的数据之后，都会根据当前参数估计值和新的观测值来计算估计误差，并更新参数向量。
具体的迭代步骤如下：
1.从数据序列中读取观测值y(k)和输入向量Φ(k)；
2.计算估计值y(k)hat和估计误差e(k)：
y(k)hat = Φ(k) * θ(k-1)
e(k) = y(k) - y(k)hat
3.计算卡尔曼增益K(k)和参数估计值θ(k)：
K(k) = P(k-1) * Φ(k) / (λ + Φ(k)' * P(k-1) * Φ(k))
θ(k) = θ(k-1) + K(k) * e(k)
其中，P(k-1)是先前迭代步骤中的误差协方差矩阵，λ是一个小的正数，用于确保逆矩阵的存在性。
需要注意的是，递归最小二乘法的计算量相对较大，因此通常需要对算法进行优化，以提高计算效率和精度。
例如，可以使用矩阵分解等技术来简化计算过程，同时也可以使用增量式计算来避免重复计算。