最小二乘法辨识
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最小二乘法参数辨识1 引言系统辨识是根据系统的输入输出时间函数来确定描述系统行为的数学模型。
现代控制理论中的一个分支。
通过辨识建立数学模型的目的是估计表征系统行为的重要参数,建立一个能模仿真实系统行为的模型,用当前可测量的系统的输入和输出预测系统输出的未来演变,以及设计控制器。
对系统进行分析的主要问题是根据输入时间函数和系统的特性来确定输出信号。
对系统进行控制的主要问题是根据系统的特性设计控制输入,使输出满足预先规定的要求。
而系统辨识所研究的问题恰好是这些问题的逆问题。
通常,预先给定一个模型类μ={M}(即给定一类已知结构的模型),一类输入信号u和等价准则J=L(y,yM)(一般情况下,J是误差函数,是过程输出y和模型输出yM的一个泛函);然后选择使误差函数J达到最小的模型,作为辨识所要求的结果。
系统辨识包括两个方面:结构辨识和参数估计。
在实际的辨识过程中,随着使用的方法不同,结构辨识和参数估计这两个方面并不是截然分开的,而是可以交织在一起进行的。
2 系统辨识的目的在提出和解决一个辨识问题时,明确最终使用模型的目的是至关重要的。
它对模型类(模型结构)、输入信号和等价准则的选择都有很大的影响。
通过辨识建立数学模型通常有四个目的。
①估计具有特定物理意义的参数有些表征系统行为的重要参数是难以直接测量的,例如在生理、生态、环境、经济等系统中就常有这种情况。
这就需要通过能观测到的输入输出数据,用辨识的方法去估计那些参数。
②仿真仿真的核心是要建立一个能模仿真实系统行为的模型。
用于系统分析的仿真模型要求能真实反映系统的特性。
用于系统设计的仿真,则强调设计参数能正确地符合它本身的物理意义。
③预测这是辨识的一个重要应用方面,其目的是用迄今为止系统的可测量的输入和输出去预测系统输出的未来的演变。
例如最常见的气象预报,洪水预报,其他如太阳黑子预报,市场价格的预测,河流污染物含量的预测等。
预测模型辨识的等价准则主要是使预测误差平方和最小。
递归最小二乘法辨识参数递归最小二乘法(Recursive Least Squares, RLS)是一种参数辨识方法,它使用递归算法来求解最小二乘法中的参数。
在许多领域中,例如系统辨识、自适应控制、信号处理等,递归最小二乘法都是一个广泛使用的方法。
递归最小二乘法的基本思想是:通过递归迭代来更新参数估计值,使其逼近最优解。
在递归过程中,每一次迭代时,都会通过当前的测量值来更新参数的估计值,同时保留历史测量值的影响,从而获得更精确的估计值。
具体地说,在递归过程中,首先需要定义一个初始参数向量,然后通过观测数据序列来递归更新参数向量。
假设有一个如下所示的线性关系:y(k) = Φ(k) * θ + v(k)其中,y(k)是被观测到的输出值,Φ(k)是与该输出值相关的输入向量,θ是待辨识的参数向量,v(k)是误差项。
递归最小二乘法的目标就是通过观测数据来估计θ的值。
在递归最小二乘法中,首先需要定义一个初始的参数向量θ0,然后通过数据序列递归地更新θ的值。
每一次迭代时,都会用最新的观测数据来更新参数向量,使得估计值更接近真实值。
具体来说,每次观测到新的数据之后,都会根据当前参数估计值和新的观测值来计算估计误差,并更新参数向量。
具体的迭代步骤如下:1.从数据序列中读取观测值y(k)和输入向量Φ(k);2.计算估计值y(k)hat和估计误差e(k):y(k)hat = Φ(k) * θ(k-1)e(k) = y(k) - y(k)hat3.计算卡尔曼增益K(k)和参数估计值θ(k):K(k) = P(k-1) * Φ(k) / (λ + Φ(k)' * P(k-1) * Φ(k))θ(k) = θ(k-1) + K(k) * e(k)其中,P(k-1)是先前迭代步骤中的误差协方差矩阵,λ是一个小的正数,用于确保逆矩阵的存在性。
需要注意的是,递归最小二乘法的计算量相对较大,因此通常需要对算法进行优化,以提高计算效率和精度。
《系统辨识基础》第17讲要点第5章 最小二乘参数辨识方法5.9 最小二乘递推算法的逆问题辨识是在状态可测的情况下讨论模型的参数估计问题,滤波是在模型参数已知的情况下讨论状态估计问题,两者互为逆问题。
5.10 最小二乘递推算法的几种变形最小二乘递推算法有多种不同的变形,常用的有七种情况:① 基于数据所含的信息内容不同,对数据进行有选择性的加权; ② 在认为新近的数据更有价值的假设下,逐步丢弃过去的数据; ③ 只用有限长度的数据;④ 加权方式既考虑平均特性又考虑跟综能力; ⑤ 在不同的时刻,重调协方差阵P (k ); ⑥ 设法防止协方差阵P (k )趋于零; 5.10.1 选择性加权最小二乘法 把加权最小二乘递推算法改写成[]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=+--=--+-=-)1()]()([)(1)()1()()()()1()()()]1(ˆ)()()[()1(ˆ)(ˆ1k k k k k k k k k k k k k k k z k k k P h K P h P h h P K h K τττθθθI ΛΛ算法中引进加权因子,其目的是便于考虑观测数据的可信度.选择不同的加权方式对算法的性质会有影响,下面是几种特殊的选择:① 一种有趣的情况是Λ()k 取得很大,在极限情况下,算法就退化成正交投影算法。
也就是说,当选择⎩⎨⎧=-≠-∞=0)()1()(,00)()1()(,)(k k k k k k k h P h h P h ττΛ 构成了正交投影算法⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=--=--+-=)1()]()([)()()1()()()1()()]1(ˆ)()()[()1(ˆ)(ˆk k k k k k k k k k k k k z k k k P h K P h P h h P K h K τττθθθI 算法初始值取P ()0=I 及 ()θε0=(任定值),且当0)()1()(=-k k k h P h τ时,令K ()k =0。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------系统辨识—最小二乘法最小二乘法参数辨识 1 引言系统辨识是根据系统的输入输出时间函数来确定描述系统行为的数学模型。
现代控制理论中的一个分支。
通过辨识建立数学模型的目的是估计表征系统行为的重要参数,建立一个能模仿真实系统行为的模型,用当前可测量的系统的输入和输出预测系统输出的未来演变,以及设计控制器。
对系统进行分析的主要问题是根据输入时间函数和系统的特性来确定输出信号。
对系统进行控制的主要问题是根据系统的特性设计控制输入,使输出满足预先规定的要求。
而系统辨识所研究的问题恰好是这些问题的逆问题。
通常,预先给定一个模型类={M}(即给定一类已知结构的模型),一类输入信号 u 和等价准则 J=L(y,yM)(一般情况下,J 是误差函数,是过程输出 y 和模型输出 yM 的一个泛函);然后选择使误差函数J 达到最小的模型,作为辨识所要求的结果。
系统辨识包括两个方面:结构辨识和参数估计。
在实际的辨识过程中,随着使用的方法不同,结构辨识和参数估计这两个方面并不是截然分开的,而是可以交织在一起进行的。
2 系统辨识的目的在提出和解决一个辨识问题时,明确最终使1 / 17用模型的目的是至关重要的。
它对模型类(模型结构)、输入信号和等价准则的选择都有很大的影响。
通过辨识建立数学模型通常有四个目的。
①估计具有特定物理意义的参数有些表征系统行为的重要参数是难以直接测量的,例如在生理、生态、环境、经济等系统中就常有这种情况。
这就需要通过能观测到的输入输出数据,用辨识的方法去估计那些参数。
②仿真仿真的核心是要建立一个能模仿真实系统行为的模型。
用于系统分析的仿真模型要求能真实反映系统的特性。
文章标题:深入探讨多变量系统的最小二乘辨识问题在工程和科学研究中,我们经常面对多变量系统的最小二乘辨识问题。
这个问题涉及到了多个变量之间的关系、参数的估计以及模型的拟合,对于系统建模和预测具有重要意义。
在本文中,我们将从简单的基础概念开始,逐步深入探讨多变量系统的最小二乘辨识问题,帮助读者全面理解这一重要概念。
1. 多变量系统的基本概念在多变量系统中,我们通常研究多个相互关联的变量之间的数学模型。
这些变量可以是物理量、经济指标、生物参数等,它们之间存在着一定的关联和影响。
多变量系统的最小二乘辨识问题即是要通过已知的数据,利用最小二乘法来估计系统的参数,找到最优的模型拟合。
2. 最小二乘法的原理和应用最小二乘法是一种常用的参数估计方法,它通过最小化观测值与模型预测值之间的误差平方和来求解参数。
在多变量系统中,最小二乘法可以用来估计系统的多个参数,并得到最佳拟合的模型。
通过推导最小二乘法的数学公式,我们可以更好地理解其原理和应用。
3. 多变量系统的最小二乘辨识问题推导在进行多变量系统的最小二乘辨识时,我们首先需要建立适当的数学模型,并根据已知数据对模型进行估计。
推导多变量系统的最小二乘辨识问题涉及到矩阵运算、最优化理论等数学知识,需要深入分析和推演。
通过推导过程,我们可以清晰地理解多变量系统最小二乘辨识问题的数学基础和核心思想。
4. 我对多变量系统的最小二乘辨识问题的理解对于多变量系统的最小二乘辨识问题,我个人的观点是……(此处插入个人观点)总结回顾:通过本文的深入探讨,我们对多变量系统的最小二乘辨识问题有了更加全面、深刻和灵活的理解。
我们从基本概念出发,逐步介绍了最小二乘法的原理和应用,并对多变量系统的最小二乘辨识问题进行了详细推导。
我也共享了个人对这一主题的理解和观点。
希望本文能帮助读者更好地理解多变量系统的最小二乘辨识问题,并在实际应用中加以运用。
通过本文的撰写,我将多变量系统的最小二乘辨识问题进行了深入的探讨,并在知识的文章格式下进行了合理的编排与呈现。