东莞南方水泵丨系统辨识的概念和基本步骤

一、系统辨识的概念

系统辨识是根据系统的输入和输出信息对系统的内部结构进行机理建模和参数估计。用系统辨识的方法得到系统的数学模型，主要在以下领域应用广泛：如预测控制系统动态和静态特征的重要参数，搭建一个能模拟实际工况下该系统特征表现的模型，并通过测量的系统的输入量和输出量对系统将来未知的变化情况进行可靠地预估，进而选择构造适合系统的控制策略和手段等。

东莞南方水泵分析和研究系统的主要任务是如何依据已知的输入函数（一般是时间函数）以及系统本身的动静态特性值来推断和预测系统的输出信号值。而系统控制中的首要任务就是如何设计系统的控制输入量，使其符合系统的基本特性并获得满足条件的输出量值。系统辨识的涉及领域正是对上述问题的反解，它的原理如下：一般情况下，首先提供一个参考的模型种类μ={M}(这种模型的种类和特性是已知的），一种输入的量值u，以及比较合适的准则函数J=L(y，yM)(通常，J可以选择其绝对误差函数)；之后通过各种系统辨识的算法进行计算和逼近，能使所选绝对误差J达到最小值的模型，即是系统的最佳预估和模拟，它就是辨识工作的解。系统辨识包括两个方面：结构辨识和参数估计。其中，参数辨识为系统参数计算提供解决手段，进而为对象的表征、分析、优化、控制等应用提供模型基础。

近些年来，随着运算仿真技术的迅速发展和控制理论知识体系的逐步完善，系统参数辨识已技术经逐渐成熟并发展出多种辨识算法理论，它们被广泛地应用于电力、航天、水利、社会经济、农业和生态等不同领域，并发挥着非常重要作用。

二、广东南方水泵总结系统辨识的基本步骤

如图1所示，系统辨识的基本步骤如下所示：

①先验知识的准备和建模目的的确立。根据辨识对象的具体情况，首先确定其理论范畴，即是物理学领域、经济学领域还是控制学领域。然后参照问题要求，依据这部分先验知识对系统的模型进行初步的判断。即使无法确定系统的模型种类、阶次和参数个数，也要概念化的明白所研究的对象可能有什么动态和静态特征，所得到的结果可能是什么样的形式。

②实验设计。在建模和辨识的理论依据和目的确定的前提下，应当对实验的流程、输入输出信号（信号来源、采样方法、采样的起始和终止时间、信号种类等)、和预期的实验结果进行设计和可行性分析。

③结构辨识。南方水泵厂根据系统的输入输出信号的特征（列表或曲线），结合先验知识中对模型阶次和种类的限定性推测，得到系统的结构。

④参数预估与计算。但凡辨识，都会存在误差。通过对参数值得预测和计算（实际中以统计方法估测），可将辨识结果和理论计算值进行比对和分析，进而综合评价辨识结果的精度。

⑤模型适用性检验。辨识结束后检查所得模型是否达到辨识精度要求，一般常用的方法是利用先验知识判断，或对辨识模型进行检验性试验。若所得结果不满足要求，应当返回第③步重新设计系统模型进行再辨识工作。

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