遼寧石油化工大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 論文題目：基于mat lab的工業(yè)過程系統(tǒng)辨識(shí)軟件包 設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師： 年月日 填寫說明： 1．題目的背景和意義 對(duì)題目的出處，背景和意義進(jìn)行說明論述，不少于300 字。 2．題目研究現(xiàn)狀概述 通過調(diào)研和查閱文獻(xiàn)，對(duì)題目所涉及的技術(shù)、理論和研究成果進(jìn) 行說明論述，不少于1000 字。 3．題目要完成的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo) 對(duì)題目要完成的主要內(nèi)容進(jìn)行說明，并說明達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)， 不少于 300 字 4．進(jìn)度計(jì)劃 從設(shè)計(jì)開始的教學(xué)周起，依據(jù)任務(wù)書的進(jìn)度安排進(jìn)行細(xì)化并以周 為單位給出主要工作和完成的任務(wù)。 5． 參考文獻(xiàn) 對(duì)“2.題目研究現(xiàn)狀概述”項(xiàng)引用的資料、論文或著作按照引用 順序列出參考文獻(xiàn)（格式同論文《參考文獻(xiàn)》）。不少于 10 篇（其 中近3 年的文獻(xiàn)占1/3 以上）， 注：相應(yīng)欄不夠時(shí)自動(dòng)加頁。 排版要求：正文，宋體，小四，行距固定值20 磅 要求學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開始后的第2 周末完成《開題報(bào)告》， 并交到指導(dǎo)教師評(píng)閱（交電子稿和雙面打印稿）。 1.題目的背景和意義 現(xiàn)代控制理論經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展己經(jīng)為先進(jìn)控制奠定了理論基礎(chǔ)，隨著集散控制 系統(tǒng)(DCS )、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)的普及和提高，為先進(jìn)控制和在線優(yōu)化的應(yīng)用 提供了強(qiáng)有力的硬件和軟件平臺(tái)。近幾十年來，控制理論持續(xù)而穩(wěn)定地發(fā)展，各方面 都得到改進(jìn)和完善。由于工業(yè)生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)要求越來越高，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā) 展，先進(jìn)控制技術(shù)如內(nèi)模控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制等也在不斷發(fā)展，然而很多新 的技術(shù)遲遲沒有在過程工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，最重要的原因就是缺乏準(zhǔn)確描述的動(dòng) 態(tài)模型的支撐。要想把先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)實(shí)際，就得基于模型辨識(shí)?？偟膩碚f， 準(zhǔn)確的模型是先進(jìn)控制技術(shù)得以應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。而模型辨識(shí)就是解決這個(gè)問題的 方法。所謂辨識(shí)就是通過測(cè)取對(duì)象在人為輸入作用下的輸出響應(yīng)，或正常運(yùn)行時(shí)的輸 入輸出數(shù)據(jù)記錄，加以必要的數(shù)據(jù)處理和數(shù)學(xué)計(jì)算，估計(jì)出對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 2.題目研究現(xiàn)狀概述 系統(tǒng)辨識(shí)的先導(dǎo)性工作可追溯到16世紀(jì)德國(guó)天文學(xué)家開普勒從火星觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā) 現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)三大規(guī)律從而建立了行星運(yùn)動(dòng)的一種數(shù)學(xué)模型；18世紀(jì)德國(guó)數(shù)學(xué)家高斯開 創(chuàng)性地提出的最小二乘法，奠定了系統(tǒng)辨識(shí)中參數(shù)估計(jì)方法的基石。現(xiàn)代控制理論和 電子數(shù)字計(jì)算技術(shù)的蓬勃發(fā)展，為通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)辨識(shí)學(xué)科提供了 理論和技術(shù)上的基礎(chǔ)。系統(tǒng)辨識(shí)的研究真正開始于本世紀(jì)70年代，并在這一時(shí)期出現(xiàn) 了研究高潮，30多年的研究取得了大量的成果，并成功的得到應(yīng)用。系統(tǒng)辨識(shí)在實(shí)踐 中涉及如何合理的安排試驗(yàn)，如何選擇試驗(yàn)信號(hào)，如何測(cè)量和收集數(shù)據(jù)，如何進(jìn)行實(shí) 時(shí)驗(yàn)證等問題。在理論上涉及模型的參數(shù)化和可辨識(shí)性，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)的優(yōu)良性, 參數(shù)估計(jì)和計(jì)算方法的改進(jìn)等問題。正因如此，系統(tǒng)辨識(shí)成為目前相當(dāng)活躍的學(xué)科之 一,吸引了眾多的科技人員在這一領(lǐng)域的各個(gè)方面，對(duì)其理論進(jìn)行研究，并探討在不 同的實(shí)踐中應(yīng)用的可能。 當(dāng)前系統(tǒng)辨識(shí)己經(jīng)在自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和工程實(shí)踐等各領(lǐng)域得到廣 泛地應(yīng)用，比如數(shù)學(xué)建模與仿真性能預(yù)測(cè)，故障診斷，自適應(yīng)控制及質(zhì)量監(jiān)控等等領(lǐng) 域。在動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、分析方面，模型的系統(tǒng)辨識(shí)也有著十分廣泛地應(yīng)用， 例如對(duì)飛行器氣動(dòng)參數(shù)的辨識(shí)，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)辨識(shí)及結(jié)構(gòu)握動(dòng)試驗(yàn)中的應(yīng)用都取得了一定 的成功。系統(tǒng)辨識(shí)作為建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的重要方法之一，它己經(jīng)成為自動(dòng)控制 理論中一個(gè)活躍而又重要的分支，它用于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析等方面。過程控制的 品質(zhì)，主要是由被控對(duì)象和控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的特性及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來決定的，過程建模 就是通過某種方法來建立可以描述被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的模型。我們利用辨識(shí)方法獲得 被控過程的數(shù)學(xué)模型之后，就以此模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出比較合理的控制系統(tǒng)。該模型 還可以用于監(jiān)測(cè)過程參數(shù)。在大多數(shù)的生產(chǎn)過程中，對(duì)象的數(shù)學(xué)模型很難比較精確地 獲得，或者是對(duì)象模型的參數(shù)隨時(shí)間的改變而發(fā)生變化，這就意味著需要不斷地從過 程中收集有效信息來辨識(shí)系統(tǒng)，分析和推斷過程動(dòng)態(tài)特性的變化情況。 現(xiàn)有的傳統(tǒng)辨識(shí)方法有最小二乘法（（LS）、極大似然法（ML）、最小嫡估計(jì)法（MEE）、 階躍響應(yīng)法（（SR ）等。其中LS由于原理簡(jiǎn)單易懂，計(jì)算方便而得到廣泛應(yīng)用。由于LS 的理論限制，在無噪聲或是白色噪聲的干擾下應(yīng)用基于脈沖響應(yīng)的最小二乘法可以得 到模型參數(shù)無偏、一致的估計(jì)，但是含有有色噪聲信息的辨識(shí)結(jié)果則帶有一定的誤差。 為了克服由于“數(shù)據(jù)信息飽和”以及有色噪聲帶來的偏差，人們發(fā)展了一些最小二乘 的改進(jìn)算法:增廣最小二乘法（（ELS）、廣義最小二乘法（GLS）、偏差校正的GLS法、輔 助變量法以及相關(guān)一最小二乘法（（CDR-LS）等。 3. 題目要完成的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo) ~~針對(duì)工業(yè)先進(jìn)控制應(yīng)用中所涉及的模型辨識(shí)問題，找到能夠有效使用的模型辨識(shí) 方法，為后續(xù)的先進(jìn)控制系統(tǒng)提供較為精確的模型支持。本論文以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要所提 出的系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)用方法為核心，討論了工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際可能遇到的情況下，辨識(shí)方法的 應(yīng)用，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)辨識(shí)的整個(gè)過程從數(shù)據(jù)采集、模型結(jié)構(gòu)確定、模型參數(shù)的辨識(shí)到 模型的驗(yàn)證的熟悉。能夠輸入待辨識(shí)模型的數(shù)據(jù)，直觀顯示最后得到的模型，從而可 以對(duì)模型進(jìn)行分析研究和驗(yàn)證。本論文同時(shí)還對(duì)經(jīng)典的辨識(shí)算法：最小二乘法、圖解 法、連續(xù)模型直接辨識(shí)法通過仿真對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行辨識(shí)比較結(jié)果得出各算法的優(yōu)缺 點(diǎn)。 4. 進(jìn)度計(jì)劃 第一階段：文獻(xiàn)綜述，撰寫開題報(bào)告 （用2周） 第二階段：設(shè)計(jì)（研究）方案的工作 （用3周） 第三階段：詳細(xì)設(shè)計(jì)（研究） （用3周） 第四階段：方案實(shí)現(xiàn)（實(shí)驗(yàn)、仿真、實(shí)際實(shí)現(xiàn)）（用3周） 第五階段：撰寫論文 （用3周） 5 ?參考文獻(xiàn) [1] 倪博溢，蕭德云.Mat lab環(huán)境下的系統(tǒng)辨識(shí)仿真工具箱[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2010, 18(6)： 1493—1496. 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