系统识别matlab控制工程类工具箱介绍.docVIP

第9章 控制工程类工具箱介绍 MATLAB的工具箱为使用该软件的不同领域内的研究人员提供了捷径。迄今为止，大约有30多种工具箱面世，内容涉及自动控制、信号处理、图象处理等多种领域。这些工具箱可以用来扩充MATLAB的符号计算功能、图形建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能，也可以应用于多种学科、多种领域。与这些工具箱函数相关的使用格式可以通过Help命令得到，用户也可以针对具体系统设计自己的工具箱。 9.2 系统辨识工具箱系统辨识工具箱的主要功能包括： ① 参数模型辨识主要模型有ARX、ARMAX、BJ模型，以及状态空间和输入误差等模型类的辨识。 ② 非参数模型辨识 ③ 模型的验证对辨识模型的仿真，将真实输出数据与模型预测数据比较，计算相应的残差。 ④ 基于递推算法的ARX、ARMAX模型的辨识。 ⑤ 各种模型类的建立和转换函数。 ⑥ 集成多种功能的图形用户界面该界面以图形的交互方式提供模型类的选择和建立、输入输出数据的加载和预处理，以及模型的估计等。 .2.1 系统辨识原理及辨识模型简介 系统辨识的主要内容包括：实验设计，模型结构辨识，模型参数辨识，模型检验。常用的模型类有： 参数模型类 利用有限的参数来表示对象的模型，在系统辨识工具箱中的参数模型类有：ARX模型、ARMAX模型、BJ（Box-Jenkins）模型、状态空间模型和输入误差模型。通常都限定为以下特殊的情形： ① ARX模型 (9.8) ② ARMAX模型 (9.9) ③ BJ模型 (9.10) (9.11) ④ 输入误差模型 (9.12) ⑤ 状态空间模型 (9.13) 其中A,B,C,D为状态空间模型的系数矩阵，v(t)为外界噪声信号。 非参数模型类 非参数模型主要包括脉冲响应模型和频域描述模型。如图所示，假设待辨识的系统为线性系统，u为输入，y为输出，v为噪声，则可以得出输入输出的关系如下： 9.14) 其中： q为时间平移算子，序列g(k)称为对象的脉冲响应模型，v(t)是不可测量的附加干扰噪声。 .2.2 系统辨识工具箱图形界面 在MATLAB的命令窗口中键入ident进入系统辨识工具箱的图形界面，如图9.4所示。除此之外，MATLAB还提供了以命令和函数的方法提供系统辨识工具。 数据视图数据视图主要完成输入输出数据的导入及绘图，位于图的左边（Data Views）。选择import data列表框中的“Time domain data”可以进入数据的导入界面，如图9.5所示。 在图9.5所示的对话框中，可以指定输入输出的变量名称即可导入输入输出数据，还可指定采样周期，并为数据命名。导入数据后，可以通过图形界面对这些数据进行处理。下方是进行估计（Estimate）操作，可以选择模型的类型，并通过相应的对话框输入模型阶次等信息。此外，还可以将视图区的图表拖动至两个下拉列表之间的区域，使该图表所表示的数据成为当前工作的数据，不用的数据可以拖入下方的垃圾桶“Trash”内。模型视图在图界面右边的区域为Model views区即模型视图区。在此区域可以选择和切换不同的模型，进行模型的验证和特征曲线的绘制等。模型视图的下方有许多复选框，供用户查看辨识输出曲线及其它的特征曲线，功能见表.1。下面通过MATLAB提供的实例来说明系统辨识工具箱的功能和使用方法。 例.8 以MATLAB系统提供的干发器（dryer）模型为例，输入为电源，输出为气流的温度在MATLAB的命令窗口键入：load dryer2 系统自动将u2和y2两个变量装载到“workspace”中，u2为输入，y2为输出在图9.5所示对话框中，分别将u2、y2填入“input”、“output”旁的文本框中“workspace”中；点击“Import”按钮后数据以图标的形式显示在视图中，如图9.6所示点击数据视图下方的“Time plot”复选框可以打开随时间变化的曲线，如图9.7所示要消除数据序列中的平均值（constant level）可返回窗口在“Preprocess”下拉列表中选择“Remove means”，此时在数据视图区出现新的数据dyrd，同时新数据随时间变化的曲线也会自动地加入图9.7中，如图9.8所示；双击数据视图中任一图表可以查看其相应的信息在窗口“Preprocess”下拉列表中选择“Select range…”后打开一个新的图形窗口。在此窗口中