线性参数变化系统参数估计方法研究

Linear parameter varying model has attracted great attention from academia and industry due to its linear structure and capability in approximating many complex nonlinear/time-varying systems. Though studies on control theories and industrial applications of linear parameter varying systems have enjoyed rapid development, however, the results about linear parameter varying system identification are very limited and many hypotheses, such as persistent excitation, known model structure, ideal data set and so on, may not be satisfied simultaneously. Based on these observations, the project focuses on the parameter estimation based on identification data sets in present of missing output data, irregular or multi-rate sampled output data, outliers, noisy scheduling variable data, etc., model structure selection, and optimized experiment design. The effectiveness of the proposed methods will be tested through simulation verification and experiment verification. The overall objectives of the project are to promote the completeness of the linear parameter varying model identification in input-output setting and the applications of the identified model in control and prediction domain.

线性参数变化模型以其线性结构以及具有近似描述众多复杂非线性/时变系统的能力得到了学术界和工业界的广泛关注。尽管线性参数变化系统控制及其工业应用相关研究得到了很大发展，但是线性参数变化系统辨识的研究成果却十分有限，许多假设条件，比如持续激励、模型结构精确已知、理想数据集等，在实际中可能无法同时满足。为此，本项目对辨识数据集中存在输出量测缺失、不规则或多速率采样输出数据、输出数据异常点、噪声污染的调度变量数据等情况下的模型参数估计、模型结构参数选择以及优化的实验设计进行研究，并采用仿真验证和实验验证相结合的方式来检验提出的方法的有效性，旨在促进线性参数变化输入输出模型辨识框架的完善及其在控制、预测领域的应用。

现代工业过程规模和复杂性的不断提高给传统机理建模带来极大困难。基于过程数据的系统辨识成为过程建模的重要手段。线性参数变化模型以其线性结构和精确逼近非线性/时变系统的能力得到了学术界和工业界的广泛关注。然而，传统线性参数变化模型辨识方法研究主要集中在理想数据条件下模型参数估计方面，具有很大的局限性。本项目充分考虑实际工业过程中普遍存在的输出量测缺失、不规则或多速率采样输出数据、输出数据异常点、噪声污染的调度变量数据、随机量测时滞等非理想数据条件单个或多个同时存在的情况，提出了参数插值/输出插值的线性参数变化模型参数估计以及模型阶次、时滞等模型结构参数选择方法，并对算法收敛性、参数估计精度、实验设计等相关问题进行了分析和讨论，促进了线性参数变化模型辨识框架的完善。.在本项目支持下，项目组在基金执行期间发表一作或通讯作者学术论文13篇，其中IEEE Transactions系列汇刊论文5篇；申请发明专利2项；发表论文被引用32次；指导或协助指导硕士、博士研究生7人。 .基于以上研究成果，项目负责人在第43届IEEE工业电子学会年会上组织了“Modeling and Estimation for Complex Industrial Systems”专题，任专题共同主席；入选了黑龙江省博士后青年英才计划。