针对MIMO(多输入多输出)系统的多变量系统辨识算法,MATLAB提供了强大的工具箱支持,例如System Identification Toolbox。这些工具可以用于从输入输出数据中估计系统的动态模型。
MIMO系统辨识
1. 准备数据
首先,我们需要准备或生成MIMO系统的输入输出数据。假设我们有一个2输入2输出的系统。
matlab
% 参数设置
num_samples = 1000; % 数据样本数
Fs = 100; % 采样频率
% 生成输入信号
u1 = idinput([num_samples, 1, Fs], 'prbs'); % 随机二进制序列
u2 = idinput([num_samples, 1, Fs], 'prbs'); % 随机二进制序列
% 生成输出信号(假设系统是线性的,且有噪声)
% 这里使用一个简单的线性系统模型生成输出
sys_true = idss([1 0.5; 0 0.7], [1 0; 0 1], [1 0; 0 1], 0); % 真实系统
e = randn(num_samples, 2) * 0.1; % 测量噪声
y = lsim(sys_true, [u1 u2] + e); % 系统响应
% 将输入输出数据组合成iddata对象
data = iddata(y, [u1 u2], 1/Fs);
2. 数据分割
将数据分为训练集和验证集,用于模型训练和验证。
matlab
% 数据分割
data_train = data(1:800);
data_val = data(801:end);
3. 选择模型结构
选择一个合适的模型结构,例如状态空间模型或传递函数模型。这里我们选择状态空间模型。
matlab
% 状态空间模型辨识
nx = 2; % 状态数量
sys_est = ssest(data_train, nx); % 状态空间模型估计
4. 模型验证
使用验证数据集评估模型的性能。
matlab
% 模型验证
compare(data_val, sys_est);
5. 模型分析
分析模型的动态特性,例如频率响应。
matlab
% 频率响应分析
bode(sys_est);
6. 保存模型
保存估计的模型以供后续使用。
matlab
% 保存模型
save('mimo_model.mat', 'sys_est');
完整代码
将上述代码片段组合成一个完整的MATLAB脚本:
matlab
% 参数设置
num_samples = 1000; % 数据样本数
Fs = 100; % 采样频率
% 生成输入信号
u1 = idinput([num_samples, 1, Fs], 'prbs'); % 随机二进制序列
u2 = idinput([num_samples, 1, Fs], 'prbs'); % 随机二进制序列
% 生成输出信号(假设系统是线性的,且有噪声)
% 这里使用一个简单的线性系统模型生成输出
sys_true = idss([1 0.5; 0 0.7], [1 0; 0 1], [1 0; 0 1], 0); % 真实系统
e = randn(num_samples, 2) * 0.1; % 测量噪声
y = lsim(sys_true, [u1 u2] + e); % 系统响应
% 将输入输出数据组合成iddata对象
data = iddata(y, [u1 u2], 1/Fs);
% 数据分割
data_train = data(1:800);
data_val = data(801:end);
% 状态空间模型辨识
nx = 2; % 状态数量
sys_est = ssest(data_train, nx); % 状态空间模型估计
% 模型验证
compare(data_val, sys_est);
% 频率响应分析
bode(sys_est);
% 保存模型
save('mimo_model.mat', 'sys_est');
参考代码 针对MIMO系统的多变量系统辨识算法程序 www.youwenfan.com/contentcsl/99452.html
说明
- 数据生成:生成输入信号和对应的输出信号,这里使用了随机二进制序列作为输入信号。
- 模型选择:选择了状态空间模型进行系统辨识,你可以根据实际需求选择其他模型结构,如传递函数模型或ARX模型。
- 模型验证 :使用
compare函数评估模型对验证数据的拟合效果。 - 模型分析 :使用
bode函数分析模型的频率响应特性。