非理想数据条件下非线性状态空间系统辨识方法研究
批准号:
62103134
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘鑫
依托单位:
学科分类:
系统建模理论与仿真技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘鑫
中文摘要
辨识数据作为系统辨识的核心要素之一,它能直接影响辨识算法的性能。因数据获取方式不同、数据采集设备故障等因素,再加上外部干扰随机不确定,导致过程变量间存在未知时滞、过程数据中包含异常值、输出数据中包含非对称干扰噪声等问题。为此,本项目拟针对上述辨识问题,开展辨识数据不理想条件下,非线性状态空间系统的辨识方法研究:设计有效的辨识算法估计非线性状态空间系统模型参数,并建立稳定可靠的辨识框架。具体的研究内容包括:(1)未知时变时滞存在条件下双率系统辨识算法研究;(2)状态过程和量测过程均受到异常值干扰情况下的鲁棒辨识算法研究;(3)输出数据中包含非对称干扰噪声条件下的辨识算法研究;(4)结合仿真和实验验证上述辨识算法的有效性。项目所提出的辨识算法不仅能丰富和完善现有的辨识算法,也可促进非线性状态空间模型在控制器设计、观测器设计和输出预测等领域的应用。
英文摘要
The performance of the identification algorithms is usually influenced by the identification data, which is often treated as one of the core elements of system identification. For practical system identification, the quality of the identification data may be deteriorated by many unavoidable factors. For example the common problems such as the unknown time delay, the outliers and the asymmetric output noise may be imposed by the external system disturbances, different data acquisition methods and hardware malfunctions and so on. In this project, the identification of nonlinear state space systems based on non-ideal identification data is deeply studied. The main content lies in the following four parts: (1) The identification of nonlinear state space systems under dual-rate sampled data and time-delays; (2) The identification of nonlinear state space systems under outlier-contaminated state noise and measurement noise; (3) The identification of nonlinear state space systems under asymmetric measurement noise; (4) Verify the proposed algorithms through the simulation and experimental tests. Some practical and common issues are considered in this project and the corresponding effective algorithms are developed as well. The proposed identification algorithms can extend the existing algorithms and they can also facilitate the applications of nonlinear state space model in system controller design, system observer design, output prediction and so on.
状态空间模型作为一类非常重要的模型结构,在控制器、观测器、滤波器设计等自动控制领域均有广泛的应用。本项目以非线性状态空间模型为核心研究对象,系统性地研究非理想数据条件下非线性状态空间模型参数辨识问题。在实际工业过程中,因数据获取方式不同、数据采集设备故障等因素,再加上外部干扰随机不确定,导致过程变量间存在未知时滞、过程数据中包含异常值、输出数据中包含非对称干扰噪声等问题。项目立项时拟解决的核心问题包括:(1)未知时滞和模型参数联合估计的准确性;(2)状态和输出过程均受异常值干扰时的模型参数可靠性估计;(3)输出受非对称噪声干扰时的模型和噪声参数精准高效估计。针对上述问题,本项目取得的重要结果如下:(1)将未知时滞当成隐含变量,通过计算隐变量的后验概率密度函数,分别在高斯和非高斯条件下实现模型参数和未知时滞的精准联合估计;(2)利用相互独立的厚尾分布分别对状态噪声和输出噪声建模,通过引入辅助变量将厚尾分布数学分解,避免了复杂计算,实现模型参数的高效鲁棒估计,并对算法鲁棒性给出了清晰的解释;(3)利用厚尾偏斜分布对输出噪声建模,引入隐含变量实现模型参数和噪声参数的联合精准估计,在拓宽现有鲁棒辨识算法适用范围的同时,保障了算法的计算效率;(4)利用典型的连续搅拌釜、质量弹簧阻尼系统、二连杆机械臂系统对所提出的算法进行了充分验证。项目取得的成果不仅拓展了非线性状态空间系统辨识算法的理论研究,丰富现有的辨识算法,也为非线性状态空间模型在实际工业过程中的应用提供强有力的理论保障。依托本项目,共发表了学术论文14篇,其中包括Automatica、IEEE 汇刊、自动化学报、电子学报等高水平期刊论文10篇;申请了发明专利5项,授权了软件著作权1项;培养了研究生6名,协助培养博士生3名;新增获批中国博士后面上/特助项目各1项。
适用于河口地区复杂波浪、潮流及结构物相互作用的无网格SPH模拟方法研究
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批准号:51979097
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2019
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负责人:刘鑫
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依托单位:
新型SPH造波算法及其在波浪与浮式结构物耦合模拟中的应用研究
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批准号:51609076
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:刘鑫
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依托单位:
基于光学、Micro-CT双模态融合方法的气泡混合轻质土损伤机理研究
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批准号:51609071
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:刘鑫
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依托单位:
国内基金
海外基金