MIMO（多输入多输出）系统的多变量系统辨识算法

最新推荐文章于 2025-11-23 19:21:38 发布

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#算法

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。

% 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。

% 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。

% 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。

% 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。

% 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。

% 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：

% 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');