动态系统辨识--导论与应用/国际电气与电子工程译丛
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作者(德)R.伊泽曼//M.明奇霍夫|译者:杨帆//耿立辉//倪博溢
出版社机械工业
ISBN9787111532170
出版时间2016-04
装帧平装
开本其他
定价129元
货号3519031
上书时间2024-05-31
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前言
原 著 序 言自动控制系统的设计、实现和操作等许多问题都需要相对准确的数学模型，以用于描述过程的稳态和动态特性。自然科学的各个领域，特别是物理、化学和生物学，以及在医学工程和经济学中，一般也是如此。如果物理定律（基本原理）的解析形式已知，那么基本的稳态和动态特性可以通过理论分析或物理建模得到。然而，如果这些定律未知或者只有部分已知，或者关键参数不能足够精确地获得，那么就必须进行实验建模，称作过程辨识或系统辨识，也就是利用测量信号在所选的数学模型类中确定过程或系统的模型。系统辨识这个科学领域是在1960年左右开始系统地发展起来的，尤其是在控制和通信工程领域。它以系统理论、信号理论、控制理论和统计估计理论的方法为基础，且受现代测量技术、数值计算和精确信号处理、控制及自动化功能等需求的影响。辨识方法的发展可诉诸大量的文章和书籍，然而产生重要影响的是IFAC系统辨识专题会议。该会议从1967年以来在全世界范围内每三年组织一次，2009年在法国圣马洛召开的是第15届。本书旨在以一种易懂、明晰、有条理的方式论述系统辨识，而且特别注重面向应用的方法，这对使用者解决实验建模问题很有帮助。本书以1971、1974、1991以及1992年出版的德文书和多年讲授的课程为基础，内容包括过去30年来自己的研究成果和许多其他研究团队的论著。全书分9个部分。在“绪论”及“线性动态系统和随机信号的数学模型”两章之后，第I部分论述非参数模型和连续时间信号的辨识方法。利用非周期和周期测试信号确定频率响应的经典方法对理解辨识的一些基本概念是非常有益的，而且是其他辨识方法的基础。第II部分讨论利用自相关和互相关函数确定脉冲响应的方法，包括连续时间和离散时间。这些相关分析方法可以看作是用于具有随机干扰测量数据的基本辨识方法，它们是后面章节论述的其他估计方法的基本要素，并可直接用于二值测试信号的设计。第III部分中论述离散时间参数模型（比如差分方程）的辨识方法主要基于*小二乘参数估计。首先，针对稳态过程讨论这些估计方法，也称作回归分析，然后扩展到动态过程，导出非递推和递推的两种参数估计方法，并给出多种改进方法，如增广*小二乘法、总体*小二乘法以及辅助变量法等。贝叶斯方法和极大似然方法需要更深的理论背景，也涉及性能边界的讨论。另外，专门有两章探讨时变系统和闭环条件下的参数估计。第IV部分介绍连续时间模型的参数估计方法。首先将参数估计方法扩展用于可测的频率响应，然后讨论微分方程的参数估计和利用状态变量滤波器的子空间方法。第V部分集中讨论多变量系统（MIMO）的辨识。首先讨论线性传递函数和状态空间模型的基本结构，然后讨论相关分析和参数估计方法，包括同时激励几个输入情况下特殊的不相关测试信号的设计。然而，有时逐个依次辨识单输入多输出（SIMO）过程反而会更加简单。对许多复杂的过程，非线性系统辨识非常重要，第VI部分讨论这个问题。对一些特殊的模型结构，如Volterra级数、Hammerstein模型和Wiener模型，可以直接使用线性系统所用的参数估计方法。然后探讨多维、非线性问题的迭代优化方法和一些已经发展起来的其他有效方法，包括基于结合参数模型的非线性网络模型方法，如神经网络及其变形，以及以非参数表示的查表（图）法等。此外，还讨论使用扩展Kalman滤波器的方法。第VII部分总结了几种辨识方法所共有的一些其他问题，包括数值计算问题、参数估计的实际考虑和不同参数估计方法的比较等。第VIII部分论述几种辨识方法在实际过程中的应用，如电动和液压执行器、机床和机器人、热交换器、内燃引擎和汽车的驱动动态特性等。第IX部分是附录，给出一些数学方面的知识和三质量振荡器过程的描述，它被用作贯穿全书的实例。读者可以从Springer网页下载测量数据，供应用使用。动态系统辨识的主题非常宽广，且以许多专家的研究为基础。一些早期的贡献是许多其他方面发展的基础，下面仅列出少部分作者，他们是早期重大成果的贡献者。V Strejc（1959）发表了阶跃响应特征参数的确定方法；Schaefer and Feissel（1955）和Balchen（1962）首先利用正交相关分析法测量频率响应；Chow and Davies（1964）、Schweitzer（1966）、Briggs（1967）、Godfrey（1970）和Davies（1970）等人提出了相关分析法和伪随机二进序列信号的设计方法。大约1960年至1974年期间，J Durbin、RCK Lee、V Strejc、P Eykhoff、KJ 珦琀爀渀淥、V Peterka、H Akaike、P Young、D埠 Clarke、RK Mehra、JMMendel、G Goodwin、L Ljung、T S擥攀爀猀琀爀渀淥等人的工作，大大推动了动态过程参数估计理论和应用的发展。其他一些对辨识领域的贡献在相应章节中给出了引用，也请参见表14辨识领域的文献概述。作者还想感谢自1973年至今我们组的研究人员为发展和应用辨识方法所作出的许多贡献，如M Ayoubi、W Bamberger、U Baur, P Blessing、H Hensel、R Kofahl、H Kurz、KH Lachmann、O Nelles、KH Peter、R Schumann、S Toepfer、M Vogt、R嫠椀洀洀攀爀猀挀栀椀攀搀等。其他许多有关特殊动态过程的研发成果在应用章节中做了引用。本书是专门为电子和电气工程、机械和化学工程以及计算机科学专业的本科生和研究生论述系统辨识的，同时也面向研发、设计和生产的从业工程师。先修知识包括系统理论、自动控制、机械和/或电气工程等专业基本的本科课程。每章后面的习题对深入理解所讲的内容很有帮助。*后感谢Springer-Verlag的大力协助。R伊泽曼，M明奇霍夫2010年6月于达姆施塔特
商品简介
本书以一种易懂、明晰、有条理的方式论述系统辨识，而且特别注重面向应用的辨识方法。主要内容包括时域与频域、连续时间与离散时间的非参数模型辨识和参数模型辨识，比较深入地讨论了辨识的数值计算和实际应用中的若干问题；对多变量系统辨识、非线性系统辨识以及闭环系统辨识等也有较为系统的论述。全书共分9个部分，24章，各章论述系统、简要，配有习题和数据集，供读者练习，以加强理解。本书可供自动化类及相关专业高校师生和工程科技人员选用。
作者简介
M.明奇霍夫，（MacroMünchhof），2006年于德国达姆施塔特工业大学获得博士学位，其后曾该校任教，从2006年起讲授“动态系统辨识”课。研究方向包括系统辨识、故障诊断等。
R.伊泽曼，（RolfIsermann），德国达姆施塔特工业大学自动控制研究所荣休教授、控制系统与过程自动化实验室主任，国际自动控制联合会（IFAC）Fellow，IFAC技术过程的故障检测、监控和安全性技术委员会委员。1965年于德国斯图加特大学获得博士学位，先后在斯图加特大学和达姆施塔特工业大学任教，讲授系统辨识课多年。研究方向包括工业控制、系统辨识、故障诊断等。著有德文和英文专著多部。
目录
中文版序
Preface for the Chinese translation
序
译著序言
原著序言
符号列表
第1章 绪论
1.1 理论建模与实验建模
1.2 动态系统辨识的任务和问题
1.3 辨识方法的分类及在本书中的处理
1.4 辨识方法概述
1.4.1 非参数模型
1.4.2 参数模型
1.4.3 信号分析
1.5 激励信号
1.6 特殊的应用问题
1.6.1 输入含有噪声
1.6.2 多输入或多输出系统的辨识
1.7 应用领域
1.7.1 增加对过程特性的认识
1.7.2 理论模型的验证
1.7.3 控制器参数的整定
1.7.4 基于计算机的数字控制算法设计
1.7.5 自适应控制算法
l.7.6 过程监控和故障检测
1.7.7 信号预测
1.7.8 在线优化
1.8 文献综述
习题
参考文献
第2章 线性动态系统和随机信号的数学模型
2.1 连续时间信号的动态系统数学模型
2.1.1 非参数模型，确定性信号
2.1.2 参数模型，确定性信号
2.2 离散时间信号的动态系统数学模型
2.2.1 参数模型，确定性信号
2.3 连续时间随机信号模型
2.3.1 特殊的随机信号过程
2.4 离散时间随机信号模型
2.5 特征参数的确定
2.5.1 利用一阶系统近似
2.5.2 利用二阶系统近似
2.5.3 利用n阶具有相等时间常数的时滞系统近似
2.5.4 利用具有迟延的一阶系统近似
2.6 具有积分作用或微分作用的系统
2.6.1 积分作用
2.6.2 微分作用
2.7 小结
习题
参考文献
第Ⅰ部分 频域非参数模型辨识——连续时间信号
第3章 周期信号和非周期信号的谱分析方法
3.1 傅里叶变换的数值计算
3.1.1 周期信号的傅里叶级数
第4章 利用非周期信号测量频率响应
第5章 利用周期测试信号测量频率响应
第Ⅱ部分 利用相关分析法辨识非参数模型
——连续时间和离散时间
第6章 连续时间模型的相关分析
第7章 离散时间模型的相关分析
第Ⅲ部分 参数模型辨识——离散时间信号
第8章 稳态过程的最小二乘参数估计
第9章 动态过程的最小二乘参数估计
第10章 最小二乘参数估计的改进
第11章 贝叶斯方法和极大似然法
第12章 时变过程的参数估计
第13章 闭环参数估计
第Ⅳ部分 参数模型辨识——连续时间信号
第14章 频率响应的参数估计
第15章 微分方程和连续时间过程的
第16章 子空间法
第Ⅴ部分 多变量系统辨识
第17章 多输入多输出系统的参数估计
第Ⅵ部分 非线性系统辨识
第18章 非线性系统的参数估计
第19章 迭代优化
第20章 用于辨识的神经网络和查询表
第21章 基于Kalman滤波的状态和参数估计
第Ⅶ部分 其他问题
第22章 数值计算
第23章 参数估计的实际问题
第Ⅷ部分 应用
第24章 应用实例
第Ⅸ部分 附录
附录A 数学方面
附录B 实验系统
索引
内容摘要
R.伊泽曼、M.明奇霍夫著的《动态系统辨识——导论与应用/国际电气与电子工程译丛》以一种易懂
、明晰、有条理的方式论述系统辨识，而且特别注重面向应用的辨识方法。主要内容包括时域与频域、连续时间与离散时间的非参数模型辨识和参数模型辨识，比较深入地讨论了辨识的数值计算和实际应用中的若干问题；对多变量系统辨识、非线性系统辨识以及闭环系统辨识等也有较为系统的论述。全书共分9个部分，24章，各章论述系统、简要，配有习题和数据集，供读者练习，以加强理解。
本书可供自动化类及相关专业高校师生和工程科技人员选用。
主编推荐
本书特色：
★ 体系完整，包括了时域与频域、连续时间与离散时间的各种常用辨识方法，并对多变量系统辨识、非线性系统辨识、闭环系统辨识等也有较为系统的论述。对子空间辨识、神经网络辨识等较新的研究成果做了专题介绍，弥补了经典专著在这方面的缺失。
★ 书中没有过多和过于严格的数学推导和证明，特别强调方法的思路和应用，对问题的原始出处给了许多参考文献，为读者的进一步探讨提供方便。参考文献中近十年的占有较大比例，可以看出作者特别注意学术界的新发展。
★ 作者为读者着想，花了较大篇幅介绍了信号处理以及相关领域的基础知识和基本方法，又对算法的数值性能做了恰到好处的讨论，这是辨识方法在实际应用中必然要面临的问题。
★ 应用导向是本书的宗旨，因此书中对各种方法的适用性、特点和实践中的若干问题作了很多讨论，又专门介绍了辨识方法在几类典型实际对象上的应用，这一定会给读者留下深刻的印象。
本书多数章节都配有习题，这些习题多数属于概念题或思考题，也有一些需要算法实现的题目，认真做一做对理解正文内容会有很大好处。
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