系统辨识大作业
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1、利用cftool拟合曲线得Coefficients (with 95% confidence bounds):a = 0.4601 (0.3711, 0.5492)b = -5.1 (-6.108, -4.092)c = 13.42 (11, 15.83)2、最小二乘法:最小二乘的思想就是寻找一个θ 的估计值θ ,使得各次测量的Z i (i = 1,⋯ m)与由估计θ 确定的量测估计Z i = H iθ 之差的平方和最小,由于此方法兼顾了所有方程的近似程度,使整体误差达到最小,因而对抑制误差是有利的。
但是最小二乘一般方法的估计精度不够高,这是由于对各个测量数据同等对待,而各次测量数据一般不会在相同的条件下获得,造成测量数据的置信度不变较大,当新数据源源而来时,将出现以下问题:1.数据增加,要求计算机的存储空间增加2、每增加一组数据,即作一次求逆,导致计算量增加,难以用于在线辨识。
只有当模型的噪声项是独立的随机变量时,普通最小二乘法才能得到真实参数的无偏估计值,否则所得到的估计值是有偏的。
因此,最小二乘法有很多改进算法,虽然没有一个是完美的,但是能够适应不同的情况、条件,对应选择不同的算法,其各自的性能及优缺点如下:广义最小二乘法的优点是计算精度高,估计的效果比较好,是无偏估计,但广义最小二乘法缺点是计算量大,其收敛是比较缓慢的,为了得到准确的参数估值,往往需要进行多次迭代计算,另外,对于循环的循环性没有给出证明,并非总是收敛于最优估值上。
由于一般情况下,系统信噪比比较低,准则函数为非单值函数(即存在多个局部极小值),如果初值给的不合理,用GLS方法得到的将是局部极小值,若想得到总体最优解,初值应接近该最优值。
递推算法实现了实时控制,减少了计算量和存储量,但未解决最小二乘法的递推算法有偏估计问题。
矩形窗(限定记忆)RLS 方法需要保留一定的数据存储量,此存储量大小取决于矩形窗宽度,因而在应用范围上有一定程度的限制。
BP神经网络(一)定义误差反向传播的BP算法简称BP算法,其基本思想是梯度下降法。
它采用梯度搜索技术,以期使网络的实际输出值与期望输出值的误差均方值为最小。
(二)BP网络特点1)是一种多层网络,包括输入层、隐含层和输出层;2)层与层之间采用全互连方式,同一层神经元之间不连接;3)权值通过δ学习算法进行调节;4)神经元激发函数为S函数;5)学习算法由正向传播和反向传播组成;6)层与层的连接是单向的,信息的传播是双向的。
(三)BP主要应用回归预测(可以进行拟合,数据处理分析,事物预测,控制等)、分类识别(进行类型划分,模式识别等),但无论那种网络,什么方法,解决问题的精确度都无法打到100%的,但并不影响其使用,因为现实中很多复杂的问题,精确的解释是毫无意义的,有意义的解析必定会损失精度。
(四)BP网络各种算法的应用范围1)Traingd:批梯度下降训练函数,沿网络性能参数的负梯度方向调整网络的权值和阈值;2)Traingdm:动量批梯度下降函数,也是一种批处理的前馈神经网络训练方法,不但具有更快的收敛速度,而且引入了一个动量项,有效避免了局部最小问题在网络训练中出现;3)Trainrp:有弹回的BP算法,用于消除梯度模值对网络训练带来的影响,提高训练的速度(主要通过delt_inc和delt_dec来实现权值的改变);4)Trainlm:Levenberg-Marquardt算法,对于中等规模的BP神经网络有最快的收敛速度,是系统默认的算法.由于其避免了直接计算赫赛矩阵,从而减少了训练中的计算量,但需要较大内存量.;5)traincgb:Plwell-Beale算法:通过判断前后梯度的正交性来决定权值和阈值的调整方向是否回到负梯度方向上来;6)trainscg:比例共轭梯度算法:将模值信赖域算法与共轭梯度算法结合起来,减少用于调整方向时搜索网络的时间。
一般来说,traingd和traingdm是普通训练函数,而traingda,traingdx,traingd,trainrp,traincgf,traincgb,trainsc g,trainbgf等等都是快速训练函数.总体感觉就是训练时间的差别比较大,还带有精度的差异。
2012系统辨识实验姓名:周自飞学号:P4*******年级专业:09自动化线性系统参数估计的最小二乘法一、实验目的:1、掌握线性离散系统的数学模型;2、掌握线性离散系统在无噪声时的单位脉冲响应;3、掌握线性系统参数估计的最小二乘法。
二、实验原理:1、基本最小二乘算法2、递推最小二乘算法3、渐消记忆递推最小二乘算法4、辅助变量递推最小二乘算法5、增广递推最小二乘算法三、实验内容:设带有噪声的离散系统模型为:()()()()()()k213.0-13.0-+.028.11-412+ukkukyk--yξky=现给定系统的一列长度为50的输入序列:u(k)= 1,0.3,-0.5,0.9,-0.5,-0.3,-0.2,0.4,0.8,-0.6,-0.1,0,0.1,0.5,-0.6,-0.2,0.3,0.9,0.5,0.2,-0.6,-0.3,-0.1,0.7,0,0.3,-0.6,0.3,0.1,0.5,-0.7,-0.4,-0.9,-0.6,-0.2,-0.4,-0.2,0.1,-0.1,0.1,0.9,0.5,0.3,0.7,0.4,-0.2,-0.7,-0.2,0.1,01. 构造离散系统模型函数,给出无噪声时系统在单位脉冲输入下的响应序列;%zhouzifei.mb=[0.3 -0.213];a=[1 -1.28 0.41];impz(b,a,30);title(‘系统单位脉冲响应’);axis([-1 30 -0.2 0.5]);2. 给出系统在给定输入u(k)和噪声()kξ下的输出信号y(k);%zifei2.m3. 利用已有输入信号u(k)和在第2步中得出的输出信号y(k),使用下列方法辨识系统的参数:(1) 基本最小二乘算法%LS.m参数:a1 =-1.2803a2 =0.4138b0 = 0.2867b1 = -0.2104(2) 递推最小二乘算法%RLS.m参数:a1 =-1.2800 a2 =0.4100 b0 = 0.3000 b1 = -0.2130(3) 渐消记忆递推最小二乘算法%FMRLS参数:a1 =-1.2800 a2 =0.4100 b0 = 0.3000 b1 = -0.2130(4) 辅助变量递推最小二乘算法%IVLS.m参数:a1 =-1.2800 a2 =0.4100b0 = 0.3000 b1 = -0.2130(5) 增广递推最小二乘算法(可选做,有加分)%ARLS.m参数:a1 =-1.2800 a2 =0.4100 b0 = 0.3000 b1 = -0.2130四、实验结果:最小二乘法思想是使各次观测值和计算值之间差值的平方乘以度量其精确度的数值后的和为最小。