系统辨识装置制造方法及图纸

为了能够从系统维数的决定排除反复试验，始终决定出最佳的系统维数，并辨识记述动态系统的线性离散时间系统，系统辨识装置将作为辨识对象的动态系统的脉冲响应、和系统维数的搜索范围作为输入，具备：直通项辨识部；块汉克尔矩阵生成部；奇异值分解部，通过块汉克尔矩阵的奇异值分解，输出第1正交矩阵、第2正交矩阵以及奇异值；系统维数决定部，根据第1正交矩阵、第2正交矩阵、奇异值以及搜索范围，针对属于搜索范围的各维数，辨识直通项以外的系统矩阵，根据基于系统矩阵以及直通项计算出的系统特性和实际的系统特性的比较，决定系统维数；和系统矩阵辨识部，根据第1正交矩阵、第2正交矩阵、奇异值以及系统维数，辨识直通项以外的系统矩阵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及系统辨识装置。
技术介绍
作为以往的基于脉冲响应的系统辨识装置，在例如非专利文献1中公开了基于Ho-Kalman的方法的系统辨识装置。在该方法中，根据用线性离散时间系统(Ad，Bd，Cd，Dd)记述的动态系统的脉冲响应(G0，G1，G2，…)，依据G0决定系统的直通项Dd，并且依据G1、G2、…生成块汉克尔矩阵Hkl。接下来，对块汉克尔矩阵Hkl进行奇异值分解，将具有有效值的奇异值的个数决定为系统维数，根据奇异值分解的结果和所决定的系统维数，计算扩展可观测矩阵Ok以及扩展可到达矩阵Cl。最后，根据扩展可观测矩阵Ok以及扩展可到达矩阵Cl，计算系统矩阵Ad、Bd、Cd，从而辨识记述动态系统的线性离散时间系统(Ad，Bd，Cd，Dd)。另外，作为以往的基于脉冲响应的系统辨识装置的其他例子，在例如专利文献1中公开了对象建模(plant modeling)装置。在该对象建模装置中，对动态系统的脉冲响应(G0，G1，G2，…)应用上述Ho-Kalman的方法，而选择性地应用接下来的2种方法作为系统维数的决定方法。第1系统维数的决定方法是指如下方法：在图形终端中按照对数尺度显示奇异值和与该奇异值对应的次数的关系，作业者决定具有有效值的奇异值的个数、即系统维数。第2系统维数的决定方法是指如下方法：应用基于奇异值的变化率和观测噪声的评价函数，将使该评价函数成为最小的维数自动地决定为系统维数。在这样的基于脉冲响应的系统辨识装置中，根据具有有效值的奇异值的个数来决定系统维数。专利文献1：日本特开昭61-267102号公报非专利文献1：片山徹著，“システム同定－部分空間法からのアプローチー(系统辨识-根据子空间法的方法)”，朝仓书店，2004年2月，p.102-107
技术实现思路
但是，根据上述以往的技术，根据现实的脉冲响应计算出的块汉克尔矩阵的奇异值为平滑的单调减少的情况较多，在该情况下，具有有效值的奇异值和成为可忽略的微小的值的奇异值的边界变得不明确。因此，在基于第1系统维数的决定方法的以往的系统辨识装置中，存在如下问题：系统维数的决定依赖于作业者的判断，未必始终决定出最佳的系统维数、或者在系统维数的决定中需要反复试验。另外，作为应对这样的问题的方法，在专利文献1中，应用了第2系统维数的决定方法，但即使在该方法中，根据评价函数的提供方式而所决定的系统维数也发生变化，所以系统维数的决定依赖于评价函数的提供方式，即使在该方法中也未必始终决定出最佳的系统维数、或者关于系统维数的决定需要反复试验，尚未解决问题。本专利技术是鉴于上述而完成的，其目的在于得到一种系统辨识装置，即使在根据现实的脉冲响应计算出的块汉克尔矩阵的奇异值为平滑的单调减少，具有有效值的奇异值和成为可忽略的微小的值的奇异值的边界变得不明确的情况下，也能够从系统维数的决定排除反复试验，始终决定出最佳的系统维数，进行记述动态系统的线性离散时间系统的辨识。为了解决上述课题并实现目的，本专利技术的系统辨识装置将作为辨识对象的动态系统的脉冲响应、和被指定的系统维数的搜索范围作为输入，其特征在于，具备：直通项辨识部，根据所述脉冲响应，辨识并输出记述所述动态系统的线性离散时间系统的直通项；块汉克尔矩阵生成部，根据所述脉冲响应，生成并输出块汉克尔矩阵；奇异值分解部，通过从所述块汉克尔矩阵生成部输出的所述块汉克尔矩阵的奇异值分解，输出将述块汉克尔矩阵的左奇异矢量作为列矢量的第1正交矩阵、将所述块汉克尔矩阵的右奇异矢量作为列矢量的第2正交矩阵以及所述块汉克尔矩阵的奇异值；系统维数决定部，根据所述第1正交矩阵、所述第2正交矩阵、所述奇异值以及所述搜索范围，辨识针对属于该搜索范围的各维数的所述线性离散时间系统的系统矩阵中的所述直通项以外的系统矩阵，根据基于该系统矩阵以及所述直通项计算出的所述线性离散时间系统的系统特性和所述动态系统的实际的系统特性的比较，决定并输出系统维数；以及系统矩阵辨识部，根据所述第1正交矩阵、所述第2正交矩阵、所述奇异值以及从所述系统维数决定部输出的所述系统维数，辨识所述线性离散时间系统的系统矩阵中的所述直通项以外的系统矩阵，所述系统辨识装置将由所述直通项辨识部辨识出的所述直通项以及由所述系统矩阵辨识部辨识出的所述系统矩阵作为所述线性离散时间系统输出。根据本专利技术，起到如下效果：在作为辨识对象的动态系统中，即使在根据现实的脉冲响应计算出的块汉克尔矩阵的奇异值为平滑的单调减少，具有有效值的奇异值和成为可忽略的微小的值的奇异值的边界变得不明确的情况下，也能够从系统维数的决定排除反复试验，始终进行最佳的系统维数的决定以及记述动态系统的线性离散时间系统的辨识。附图说明图1是示出实施方式1的系统辨识装置的整体结构的框图。图2是示出在实施方式1的系统辨识装置中，系统输入输出的时间波形的概略图。图3是示出在实施方式1的系统辨识装置中，块汉克尔矩阵的奇异值与维数的关系的概略图。图4是示出在实施方式1的系统辨识装置中，系统维数决定部的内部结构和动作的框图。图5是示出在实施方式1的系统辨识装置中，辨识出的线性离散时间系统的推测脉冲响应和系统的实际的脉冲响应的误差平方和范数与维数的关系的概略图。图6是示出在实施方式2的系统辨识装置中，对动态系统进行了冲击振动的情况下的系统输入输出的时间波形的概略图。图7是示出在实施方式2的系统辨识装置中，将对动态系统进行了冲击振动的情况下的系统输入输出变换为该系统的脉冲响应的步骤的框图。图8是示出在实施方式2的系统辨识装置中，系统维数决定部的内部结构和动作的框图。图9是示出在实施方式3的系统辨识装置中，将动态系统的频率响应变换为该系统的脉冲响应的步骤的框图。图10是示出实施方式4的系统辨识装置的整体结构的框图。(符号说明)1：直通项辨识部；2：块汉克尔矩阵生成部；3：奇异值分解部；4、4a：系统维数决定部；5：系统矩阵辨识部；10、70：系统辨识装置；11：系统输入；12：系统输出；13：系统输入阈值；21：(理想的脉冲响应中的)奇异值分布；22：(现实的脉冲响应中的)奇异值分布；31：递归系统矩阵推测部；32：系统特性推测部；33：系统维数推测部；34：系统稳定性评价部；41：误差平方和范数分布；42：误差平方和范数阈值；50：基于冲击振动的系统辨识装置；51：系统输入施加时刻确定部；52：脉冲响应变换部；60：基于频率响应的系统辨识装置；61：逆傅立叶变换部；71：DC伺服马达；72：频率响应变换部；73：控制系统或者滤波器参数设计部。具体实施方式以下，根据附图，详细说明本专利技术的系统辨识装置的实施方式。另外，本专利技术不限于该实施方式。实施方式1.图1是示出本专利技术的系统辨识装置的实施方式1的整体结构的框图。图2是示出在本实施方式的系统辨识装置中，系统输入输出的时间波形的概略图。在图1所示的系统辨识装置10中，将作为辨识对象的动态系统的脉冲响应g(jTs)(j＝0，1，2，…)作为输入。如图2所示，该脉冲响应g(jTs)(j＝0，1，2，…)通过用理想的脉冲输入构成了向动态系统的系统输入11的情况下的时刻0以后的系统输出12给出，该理想的脉冲输入在时刻0振幅为1且在该时刻以外振幅为0。在系统辨识装置10中，根据这样得到的动态系统的脉冲响应g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统辨识装置，将作为辨识对象的动态系统的脉冲响应、和被指定的系统维数的搜索范围作为输入，其特征在于，具备：直通项辨识部，根据所述脉冲响应，辨识并输出记述所述动态系统的线性离散时间系统的直通项；块汉克尔矩阵生成部，根据所述脉冲响应，生成并输出块汉克尔矩阵；奇异值分解部，通过从所述块汉克尔矩阵生成部输出的所述块汉克尔矩阵的奇异值分解，输出将所述块汉克尔矩阵的左奇异矢量作为列矢量的第1正交矩阵、将所述块汉克尔矩阵的右奇异矢量作为列矢量的第2正交矩阵以及所述块汉克尔矩阵的奇异值；系统维数决定部，根据所述第1正交矩阵、所述第2正交矩阵、所述奇异值以及所述搜索范围，辨识针对属于该搜索范围的各维数的所述线性离散时间系统的系统矩阵中所述直通项以外的系统矩阵，根据基于该系统矩阵以及所述直通项计算出的所述线性离散时间系统的系统特性和所述动态系统的实际的系统特性的比较，决定并输出系统维数；以及系统矩阵辨识部，根据所述第1正交矩阵、所述第2正交矩阵、所述奇异值以及从所述系统维数决定部输出的所述系统维数，辨识所述线性离散时间系统的系统矩阵中所述直通项以外的系统矩阵，所述系统辨识装置将由所述直通项辨识部辨识出的所述直通项以及由所述系统矩阵辨识部辨识出的所述系统矩阵作为所述线性离散时间系统而输出。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.07 JP 2014-0228131.一种系统辨识装置，将作为辨识对象的动态系统的脉冲响应、和被指定的系统维数的搜索范围作为输入，其特征在于，具备：直通项辨识部，根据所述脉冲响应，辨识并输出记述所述动态系统的线性离散时间系统的直通项；块汉克尔矩阵生成部，根据所述脉冲响应，生成并输出块汉克尔矩阵；奇异值分解部，通过从所述块汉克尔矩阵生成部输出的所述块汉克尔矩阵的奇异值分解，输出将所述块汉克尔矩阵的左奇异矢量作为列矢量的第1正交矩阵、将所述块汉克尔矩阵的右奇异矢量作为列矢量的第2正交矩阵以及所述块汉克尔矩阵的奇异值；系统维数决定部，根据所述第1正交矩阵、所述第2正交矩阵、所述奇异值以及所述搜索范围，辨识针对属于该搜索范围的各维数的所述线性离散时间系统的系统矩阵中所述直通项以外的系统矩阵，根据基于该系统矩阵以及所述直通项计算出的所述线性离散时间系统的系统特性和所述动态系统的实际的系统特性的比较，决定并输出系统维数；以及系统矩阵辨识部，根据所述第1正交矩阵、所述第2正交矩阵、所述奇异值以及从所述系统维数决定部输出的所述系统维数，辨识所述线性离散时间系统的系统矩阵中所述直通项以外的系统矩阵，所述系统辨识装置将由所述直通项辨识部辨识出的所述直通项以及由所述系统矩阵辨识部辨识出的所述系统矩阵作为所述线性离散时间系统而输出。2.根据权利要求1所述的系统辨识装置，其特征在于，所述系统维数决定部具备：系统特性推测部，针对属于所述搜索范围的各维数，计算所述线性离散时间系统的系统特性作为推测脉冲响应而输出；以及系统维数推测部，将从所述系统特性推测部输出的所述线性离散时间系统的所述推测脉冲响应和所述动态系统的实际的脉冲响应在时域中的误差平方和范数在阈值以下的维数中的最小的维数决定为系统维数而输出。3.根据权利要求1所述的系统辨识装置，其特征在于，所述系统维数决定部具备：系统特性推测部，针对属于所述搜索范围的各维数，计算所述线性离散时间系统的系统特性作为推测频率响应而输出；以及系统维数推测部，将从所述系统特性推测部输出的所述线性离散时间系统的推测频率响应和对所述脉冲响应进行傅立叶变换而得到的实际的频率响应在频域中的误差平方和范数在阈值以下的维数中的最小的维数决定为系统维数而输出。4.根据权利要求3所述的系统辨识装置，其特征在于，所述系统维数推测部根据进行所述傅立叶变换而得到的所述实际的频率响应来决定权重函数，所述系统维数推测部计算对从所述系统特性...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐藤光伯，金井百合夏，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP