系統(tǒng)辨識(shí)專題（一）——MATLAB系統(tǒng)辨識(shí)工具箱的使用案例

????在建立多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，我們能夠更有針對(duì)性地設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的控制器，為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障診斷提供判據(jù)。本文將結(jié)合系統(tǒng)Matlab自帶的系統(tǒng)辨識(shí)工具箱闡述一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程模型的完整辨識(shí)過(guò)程。

????在使用系統(tǒng)辨識(shí)工具箱之前，我們先使用Simulink模塊生成我們需要的仿真模型以及輸入輸出數(shù)據(jù)。

1.? ? 如圖1所示，在Matlab命令行中輸入“Simulink”命令，打開(kāi)Simulink模塊。

圖1 啟動(dòng)Simulink模塊

2.? ?如圖2所示，新建Simulink模型。點(diǎn)擊“File->New->Model”。

圖2 新建Simulink模型

3.? ? 如圖3所示，搭建基于傳遞函數(shù)的Simulink仿真模型，用戶通過(guò)拖拽圖2“Simulink Library Browser”中的各個(gè)Simulink子模塊，組合成如下Simulink仿真模型，主要由輸入信號(hào)、傳遞函數(shù)、輸入輸出以及示波器組成，這樣就能夠得到我們需要的自定義仿真模型及輸入輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)我們搭建完整個(gè)仿真模型后，點(diǎn)擊Simulink模塊的綠色開(kāi)始按鈕，即可開(kāi)始進(jìn)行仿真。

圖3 搭建基于傳遞函數(shù)的Simulink仿真模型??

4.? ? 點(diǎn)擊圖3中灰色齒輪，打開(kāi)參數(shù)配置界面，點(diǎn)擊“Solver”選項(xiàng)，將“Type”選項(xiàng)設(shè)置為Fixed-step，同時(shí)，將Fixed-step size與輸入信號(hào)周期一致，這里選取0.02。

圖4 Simulink仿真模型參數(shù)設(shè)置??

5.? ? 如圖5所示，我們將輸入信號(hào)的周期設(shè)定為0.02秒，這里也可以設(shè)定為其他值，該周期需要與系統(tǒng)辨識(shí)工具箱中的周期匹配，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)辨識(shí)結(jié)果錯(cuò)誤。

圖5 隨機(jī)輸入信號(hào)模塊參數(shù)設(shè)置??

搭建完簡(jiǎn)單的仿真模型之后，我們就可以開(kāi)始使用Matlab系統(tǒng)辨識(shí)工具箱了。

1.? ? 如圖6所示，在Matlab命令窗口輸入“ident”命令，即可打開(kāi)系統(tǒng)辨識(shí)工具箱。

圖6 系統(tǒng)辨識(shí)工具箱打開(kāi)方式??

2.? ? 如圖7所示為Matlab系統(tǒng)辨識(shí)工具箱組成說(shuō)明。

圖7 系統(tǒng)辨識(shí)工具箱組成說(shuō)明??

3.? ? 首先，我們需要導(dǎo)入需要辨識(shí)的輸入數(shù)據(jù)，如圖8所示，點(diǎn)擊“Import data”按鈕，工具箱出現(xiàn)下拉選項(xiàng)，這里我們選擇“Time domain data”。

圖8 辨識(shí)輸入信號(hào)設(shè)置

4.? ? 點(diǎn)擊“Time domain data”選項(xiàng)后，將會(huì)彈出如圖9所示對(duì)話框，這里的Input與Output輸入框中的名稱即為上文中通過(guò)Simulink模型仿真生成的輸入-輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的工作區(qū)中的變量名稱。Samping interval即為采樣間隔，該值需與上文Simulink仿真模型中的信號(hào)仿真步長(zhǎng)一致，否則，會(huì)導(dǎo)致辨識(shí)結(jié)果出現(xiàn)偏差。將參數(shù)配置完成后，點(diǎn)擊“Import”按鈕，結(jié)束輸入信號(hào)的導(dǎo)入。

圖9 系統(tǒng)辨識(shí)工具箱輸入信號(hào)設(shè)置??

5.? ? 如圖10所示為輸入信號(hào)預(yù)處理選項(xiàng)，其中包括濾波器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。

圖10 系統(tǒng)辨識(shí)工具箱輸入信號(hào)預(yù)處理選項(xiàng)??

6.? ? 如圖11為模型辨識(shí)設(shè)置，這里選擇過(guò)程模型。

圖11 系統(tǒng)辨識(shí)工具箱模型辨識(shí)設(shè)置??

7.? ? 如圖12所示為過(guò)程模型參數(shù)配置，這里選擇無(wú)零點(diǎn)、無(wú)時(shí)延無(wú)積分環(huán)節(jié)的一階系統(tǒng)模型作為待辨識(shí)模型，配置完參數(shù)后，勾選“Display Progress”按鈕，點(diǎn)擊“Estimate”按鈕開(kāi)始進(jìn)行辨識(shí)。

圖12 過(guò)程模型參數(shù)配置

8.? ? 如圖13所示為過(guò)程模型辨識(shí)結(jié)果，左邊對(duì)話框顯示了模型辨識(shí)精度及相對(duì)誤差。

圖13 過(guò)程模型辨識(shí)結(jié)果

9.? ? 如圖14為系統(tǒng)辨識(shí)參數(shù)結(jié)果，雙擊圖13右邊對(duì)話框中的辨識(shí)模型結(jié)果P1，彈出如下對(duì)話框，由圖可知，Kp = 1，Tp1 = 1，與上文中Simulink仿真模型中的傳遞函數(shù)參數(shù)吻合，至此，完成了整個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)辨識(shí)工具箱的使用流程。

圖14 系統(tǒng)辨識(shí)模型參數(shù)結(jié)果

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