第 31 卷 第 2 期
Vol. 31 No. 2
控 制 与 决 策
Control and Decision
2016 年 2 月
Feb. 2016
线性时变反馈系统的状态空间模型和模态参数递推辨识
文章编号: 1001-0920 (2016) 02-0324-07 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2014.1712
倪智宇
a
, 谭述君
b
, 吴志刚
a,b
(大连理工大学 a. 工业装备结构分析国家重点实验室,b. 航空航天学院,辽宁 大连 116024)
摘 要: 针对闭环系统中时变状态空间模型和模态参数的辨识问题, 提出一种递推辨识格式, 将这种格式与递推子
空间方法结合, 得到一种辨识方法. 该方法通过重建输入输出数据之间的关系, 递推辨识得到闭环系统的时变状态空
间模型和模态参数. 算例研究了系统在模态参数突变和周期变化两种情况下的辨识问题, 仿真结果表明, 所提出算法
能有效辨识线性时变反馈系统的状态空间模型和模态参数.
关键词: 线性时变系统;模态参数辨识;递推子空间方法;输出反馈;状态空间模型
中图分类号: O321;O324;TB123 文献标志码: A
Recursive identification of state space model and modal parameter of
linear time-varying feedback system
NI Zhi-yu
a
, TAN Shu-jun
b
, WU Zhi-gang
a,b
(a. State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment,b. School of Aeronautics and Astronautics,
Dalian University of Technology,Dalian 116024,China.Correspondent:WU Zhi-gang,E-mail:wuzhg@dlut.edu.cn)
Abstract: A recursive form for the identification of the time-varying state space model and modal parameter of closed-
loop system is presented. The approach is derived from the recursive subspace method, and the state space model and
modal parameters of closed-loop system are obtained recursively by reconstruct relation of input-output data. In numerical
simulations, the parameter identification is studied by considering the cases of sudden change and periodical change of
system, respectively. The simulation results show the effectiveness of the proposed approach for identifying state space
model and modal parameters of the linear time-varying feedback system.
Keywords: linear time-varying system;modal parameter identification;recursive subspace method;output feedback;
state space model
0 引引引 言言言
在工程应用中, 出于安全性和系统能控性的考
虑, 实际被控对象往往是一个闭环系统. 考虑到工作
条件等对辨识的限制, 希望辨识能够在闭环条件下直
接进行, 且闭环辨识利于模型的控制系统的设计. 另
一方面, 时变系统已经广泛应用于现代工程中, 如
大型空间结构的搬运装配、太阳能帆板的展开与旋
转、机械臂运动以及高速列车的行驶等过程都需要考
虑到系统的时变特性. 因此, 研究时变结构的闭环参
数辨识问题具有重要的实际意义.
针对闭环系统参数辨识, Verhaegen
[1]
在 MOESP
的基础上基于联合输入输出状态空间模型, 提出了
一种闭环的子空间辨识方法; Ljung 等
[2]
通过递推得
到了一个多步输出预测器, 将系统的状态向量表示
为输出预测向量的线性组合, 对状态空间方程组进行
回归, 从而得到系统的参数矩阵; Vanoverschee 等
[3]
在
N4SID 的基础上提出了一种间接的闭环子空间辨识
方法; Chiuso 等
[4]
基于随机实现理论和预测器模型,
提出了一种闭环子空间辨识方法 (WFA). 许多闭环方
法通过构建输入输出数据的 Hankel 矩阵, 利用奇异
值分解 (SVD) 来得到相关的系统矩阵
[3-5]
. 文献 [6] 提
出了一种基于辅助变量的闭环系统子空间辨识; 文
献 [7] 对定常闭环系统的子空间辨识及其应用进行了
研究.
递推子空间辨识方法通过信号子空间的迭代避
免了较高维数的 Hankel 矩阵求解问题, 具有计算时
间短、计算效率高的优点, 因此获得了越来越多的关
注和广泛应用
[8]
. Longman 等
[9]
构建了多变量定常结
收稿日期: 2014-11-10;修回日期: 2015-01-25.
基金项目: 国家自然科学基金项目(11072044, 11372056).
作者简介: 倪智宇(1985−), 男, 博士生, 从事动力学系统的参数辨识与控制的研究;吴志刚(1971−), 男, 教授, 博士生
导师, 从事飞行器动力学与控制、鲁棒控制与最优控制等研究.