系统辨识与自适应控制MATLAB仿真.pdf

《系统辨识与自适应控制MATLAB仿真.pdf》做系统辨识必看的入门书籍。系统辨识与自适应控制 MATLAB仿真庞中华崔红编著￥京挑空航天头答出社内容简介本书从 MATLAB仿真及可视化仿真的角度出发,系统地介绍了系统辨识与自适应控制的基本理论和方法。本书共分6章。第1~5章主要内容为:绪论、系统辨识、模型参考自适应控制、自校正控制(包括广义预测控制)、基于常规控制策略的自校正控制等,每种算法都配有 MATLAB仿真程序、仿真结果以及对仿真结果的简要分析;第6章详细介绍了基于可视化编程工具VB和 Delphi的系统辨识与自适应控制的仿真技术。本书内容简练,系统性和实用性强,可作为自动化相关专业高年级本科生和研究生的教材,也可供从事自动控制理论研究及技术应用人员阅读参考。书中所有实例的程序源代码,读者可以到htt://ww.buapress.com.cn下载。图书在版编目(CIP)数据系统辨识与自适应控制 MATLAB仿真/庞中华,崔红编著.一北京:北京航空航天大学出版社,2009.8ISBN978-7-81124-769-5Ⅰ.系…Ⅱ.①庞…②崔…Ⅲ.①系统辨识一计算机仿真—计算机辅助计算一软件包, MATLAB②自适应控制计算机仿真一计算机辅助计算一软件包, MATLABⅣN945.14TP273中国版本图书馆CIP数据核字(2009)第069990号系统辨识与自适应控制 MATLAB仿真庞中华崔红编著责任编辑罗晓莉关北京航空航天大学出版社出版发行北京市海淀区学院路37号(100191)发行部电话:010-82317024传真:010-82328026http://www.buaapress.comcnE-mail:bhpress@263.net印刷有限责任公司印装各地书店经销开本:787×9601/16印张:16.5字数:370千字2009年8月第1版2009年8月第1次印刷印数:5000册ISBN978-7-81124-769-5定价:28.00元前言目前,系统辨识与自适应控制理论日趋成熟,并被广泛应用于国民经济和国防建设的各个工程技术领域,包括航天、航空、航海、机器人、工业过程(如钢铁冶金、化工、机械、电力、热力、酿造、造纸等)、环境保护、生物工程、社会经济与管理等。而且,作为一种普遍的思想,系统辨识与自适应控制已成为众多先进控制技术如预测控制、滑模变结构控制、智能控制、神经网络控制、模糊控制、鲁棒控制等的研究基础;反过来,这些技术又将推动系统辨识与自适应控制理论及技术更迅速地发展。至今,国内外已出版数十种有关系统辨识和自适应控制的书籍,但多数是对其理论和算法的系统性论述,就算法的实现问题则较少涉及。作者最初在学习系统辨识与自适应控制时,虽然已对其理论思想烂熟于心,但就算法如何实现却无从下手,而且可以模仿的控制算法实现方法和仿真代码又十分匮乏,仅靠自己摸索,故学习效率十分低下。近几年来作者在高校教学过程中发现,这种现象在高年级本科生学生及硕士研究生中十分普遍;而且,网络上有关算法实现问题、求助仿真代码的帖子也层出不穷,而本书正是为了弥补众多教材无仿真程序的缺憾、满足众多控制理论研究及技术应用初学者的需要而编写的。因此本书具有以下特色:(1)内容简练、系统性强。由于系统辨识与自适应控制理论方面的专著已很多,所以本书仅从中精选典型算法,首先介绍其理论背景、简单的理论推导、算法实现步骤等,然后通过实例介绍算法的实现,展示仿真效果,易于读者把握算法本质,掌握和巩固所学知识(2)实用性强、灵活性高。本书第2~5章中介绍的每种算法及重要基础知识都配有MATLAB仿真程序,而且作者尽量使编写的程序通用化,读者只需修改程序源代码中的对象参数,即可实现其他被控对象的参数估计和控制器设计。此外,所有 MATLAB程序均采用M文件进行原始编程,能够使读者对具体算法的实现过程有更直观的理解;同时,也避免了相应技术 MATLAB工具箱固定模式的限制,灵活性较高,读者对书中程序代码稍作修改,即可进行自己改进算法的设计与仿真。(3)程序面向应用。为了弥补 MATLAB仿真功能强大而实际应用困难的缺点,本书最后一章介绍了系统辨识与自适应控制理论基于可视化编程软件VB、 Delphi的仿真技术,读者对仿真程序稍作修改,即可运用到实际控制系统的开发中,因此具有较高的实际应用价值本书共6章,其主要内容如下:·第1章为自适应控制理论概述,简要介绍了自适应控制理论的产生背景、种类及应用现状等·第2章为系统辨识,在简要介绍系统辨识基本概念的基础上,重点介绍了最小二乘参数估计算法(包括批处理算法、递推算法、遗忘因子递推算法、递推增广算法)、梯度校正参数估计算法、极大似然参数估计算法以及多变量系统中的递推最小二乘算法。·第3章为模型参考自适应控制,在简要介绍连续系统数字仿真相关知识的基础上,重点介绍了连续时间系统和离散时间系统模型参考自适应控制的设计理论第4章为自校正控制,首先介绍了 Diophantine方程的递推求解问题,然后重点介绍了最小方差控制、广义最小方差控制、广义预测控制以及改进的广义预测控制等多种算法。·第5章为基于常规控制策略的自校正控制,主要介绍了极点配置自校正控制和自校正PID控制。·第6章为系统辨识与自适应控制可视化仿真,主要介绍了基于VB的PID控制、递推增广最小二乘法参数估计和广义预测控制的仿真,以及基于 Delphi的最小方差自校正控制、BP神经网络非线性系统辨识、RBF神经网络模型参考自适应控制的仿真。本书第2~5章中的 MATLAB仿真程序是基于 MATLAB6.5开发的;第6章的VB与Delphi仿真程序是分别基于VB6.0和 Delphi7.0开发的,这些仿真程序也适用于相应更高版本的编程环境。书中实例的程序源代码,读者可以到http://www.buaapress.com.cn下载本书的编写得到了英国 Glamorgan大学刘国平教授、中国科学院自动化研究所郑耿博士、陶跃钢博士的指导和帮助;南京邮电大学张志涌教授为本书的撰写提出了宝贵的意见;中国科学技术大学栾玉广教授、青岛理工大学卢燕教授、周玉国教授等给予了大力支持和鼓励,在此谨向他们深表谢意。另外,本书之所以顺利出版,还要感谢北京航空航天大学出版社各位的辛苦工作!在本书的编写过程中,参考或引用了参考文献中所列论著的有关内容,在此谨向这些论著的作者表示由衷的谢意。由于作者理论和编程水平有限,书中的不足和错误,恳请读者批评指正并提出宝贵意见,E-mail:zhonghuapang@163.com作者2008年10月常用符号说明书面表示具体含义程序中的表示A、B、C系统多项式A(x-1)、B(x-1)、C(z-1)向量a、b、cna、nb、nlc、系统多项式A、B、C的阶次及纯延时na、nb、nc、d(k)、y(k)、(k)系统的输人、输出和白噪声u(k)、y(k)、xi(k)l(k-1)、y(k-i)、(k一i)系统的输入、输出和白噪声uk(i)、yk(i)、xik(i对象参数真值theta0(k)、(k-1)对象参数估计值theta(:,k)、 theta1对象观测数据向量phl、phie(k)系统白噪声的估计值XIe遗忘因子lambdah连续系统数值积分计算步长hLk、xk+1连续系统状态数值解x0、xA、B、C系统状态空间型的矩阵A、B、Ca、B、T希腊字母alpha、beta、 gamma希腊字母delta、 epsilon、zetab、T希腊字母eta、rho、pi目录第1章绪论1.1自适应控制问题的提出1.2自适应控制的种类1.2.1模型参考自适应控制系统1.2.2自校正控制系统1.2.3智能自适应控制系统1.2.4其他形式的自适应控制系统…12234451.3自适应控制的应用现状1.3.1在工业领域中的典型应用…………1.3.2在非工业领域中的应用1.4自适应控制存在的问题及发展方向…第2章系统辨识2.1系统辨识概述…………112.1.1数学模型及建模方法2.1.2系统辨识的定义及其分类………………122.1.3参数模型…………………………………………………………………122.1.4系统辨识的基本原理……………………………142.1.5系统辨识的步骤2.2白噪声、M序列与噪信比…2.2.1白噪声与有色噪声172.2.2M序列与逆M序列192.2.3噪信比…………………………………………………………………212.3最小二乘参数估计法……272.3.1批处理最小二乘法………282.3.2递推最小二乘法302.3.3遗忘因子递推最小二乘法342.3.4递推增广最小二乘法……382.4梯度校正参数估计法…422.4.1确定性系统的梯度校正参数估计方法………………………………………422.4.2随机牛顿法452.5极大似然参数估计法482.6多变量系统参数估计52第3章模型参考自适应控制3.1连续系统数值积分基础知识………593.1.1欧拉法593.1.2龙格-库塔法603.2基于梯度法的模型参考自适应控制623.2.1MIT自适应律…………………………………623.2.2MIT归一化算法663.3基于 Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应控制…693.3.1 Lyapunov稳定性理论与正实传递函数………73.3.2可调增益 Lyapunov-MRAO753.3.3系统状态变量可测时的MRAC…………783.3.4 Narendra稳定自适应控制器833.4离散系统模型参考自适应系统913.4.1二阶系统的离散时间MRAS………913.4.2n阶系统的离散时间MRAS95第4章自校正控制4.1 Diophantine方程的求解…1024.1.1单步 Diophantine方程的求解024.1.2多步 Diophantine方程的求解1044.2最小方差自校正控制1074.2.1单步输出预测……1084.2.2最小方差控制1094.2.3最小方差间接自校正控制1134.2.4最小方差直接自校正控制1174.3广义最小方差控制1224.3.1广义最小方差控制1224.3.2广义最小方差间接自校正控制…1284.3.3广义最小方差直接自校正控制1324.4广义预测控制……………………………………………………………………1364.4.1预测控制的提出……………………………………………………………………1374.4.2预测控制的基本机理1384.4.3广义预测控制……………………………………………………1414.5改进的广义预测控制……1614.5.1基于 CARIMA模型的JGPC……………………………………………………1614.5.2基于 CARMA模型的JGPC168第5章基于常规控制策略的自校正控制5.1极点配置自校正控制………1745.1.1极点配置控制………1745.1.2极点配置间接自校正控制…………………………………………………1835.1.3极点配置直接自校正控制1895.2自校正PID控制……………………………………………………………………1945.2.1常规PID控制1945.2.2自校正PID控制196第6章系统辨识与自适应控制可视化仿真6.1可视化编程概述…2026.2基于VB的系统辨识与自适应控制仿真……………………………………2026.2.1VB仿真需要解决的问题2036.2.2基于VB的PID控制2056.2.3基于VB的递推增广最小二乘法参数估计…………………………………2086.2.4基于VB的广义预测控制2166.3基于 Delphi的系统辨识与自适应控制仿真……2256.3.1 Delphi仿真需要解决的问题…………………………………256.3.2基于 Delphi的最小方差自校正控制2306.3.3基于 Delphi的BP神经网络系统辨识…………2376.3.4基于 Delphi的RBF神经网络自适应控制244参考文献253