大学系统辨识与自适应控制 教学课件VIP免费

系统辨识与自适应控制1第一页，共六十三页。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2010-02-202控制理论与制导技术研究中心第二页，共六十三页。图2单级倒立摆示意图MmOuFr2010-02-203控制理论与制导技术研究中心第三页，共六十三页。图中所示变量名的物理含义如表1所示。2010-02-204控制理论与制导技术研究中心第四页，共六十三页。MruFPN步骤一：对小车进行受力分析，小车的受力分析如图3所示。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：2010-02-205控制理论与制导技术研究中心第五页，共六十三页。步骤二：对摆杆进行受力分析，摆杆的受力如图4所示。图4摆杆受力分析图摆杆水平方向上的力平衡方程如下，22tdrdMPFutdrdFθmgNP2010-02-206控制理论与制导技术研究中心第六页，共六十三页。sincos)sincos()cos()sin(2222mlmlrmllrmlrtddmlrtddmP将式(1-3)合并可得下式,sincos)(sincossincos222mlmlrrmMurmlmlrmrMumlmlrmrMFurmlumlrmMsincos)(22010-02-207控制理论与制导技术研究中心第七页，共六十三页。摆杆垂直方向上的力平衡方程式如下,)sincos()cos(222mlltddmmgN)sincos(2mlmgNJwfPlNlcossinwfJmlrmlmgl2cossinwfmglJmlrmlsin)(cos2摆杆的转矩平衡方程式如下,将3、7式代入8式并化简得化简得2010-02-208控制理论与制导技术研究中心第八页，共六十三页。步骤三：由5式与10式连列即得到单级倒立摆动力学非线性方程组。rmlumlrmMwfmglJmlrmlsincos)(sin)(cos22步骤四：化成状态空间描述。1222221222421122124431222221141112222221cos))(()(sin)()(cossincoscos))(()(sin)(coscossincosxlmmlJmMumlJxmlxmlJxmlJxxglmxmlfxxxxxlmmlJmMfxmMxmglmMxmlxxmluxxxlmxxx2010-02-209控制理论与制导技术研究中心第九页，共六十三页。步骤五：线性化处理：当选取的状态变量为1x；2x；rx3；rx4，并且假设不计干扰力矩w时，(11)式可化为以上一阶非线性方程组，在0附近对以上方程组进行线性化处理可得(12)式，2222422122443222421221))(()()())(()()(lmmlJmMumlJxmlJmlfxgxlmxxxlmmlJmMmlumlxfxmMmglxmMxxx(12)2010-02-2010控制理论与制导技术研究中心第十页，共六十三页。问题：(1).效率低：随着系统复杂程度的增加，建模过程愈加复杂；(2).不方便“计算机”在线决策。2010-02-2011控制理论与制导技术研究中心第十一页，共六十三页。2.系统辨识法(黑箱法)能否根据“输入、输出数据”获取“对象”的数学模型呢？例：原被控对象的差分形式为：Y(t)-2.85y(t-1)+2.717y(t-2)-0.865y(t-3)=u(t-1)+u(t-2)+u(t-3);传递函数形式：321321865.0717.285.21)(zzzzzzzG2010-02-2012控制理论与制导技术研究中心第十二页，共六十三页。给定输入信号：10阶M序列。输入为为0.002秒的10阶M序列(周期s)：10(21)0.0022.046图5.10阶M序列2010-02-2013控制理论与制导技术研究中心第十三页，共六十三页。图6.10阶M序列局部放大图2010-02-2014控制理论与制导技术研究中心第十四页，共六十三页。系统的响应：图7.系统对10阶M序列的响应曲线2010-02-2015控制理论与制导技术研究中心第十五页，共六十三页。辨识过程：分别对应的辨识...