状态空间模型
具有自由、标准和结构化参数化的状态空间模型;等效 ARMAX 和输出-误差 (OE) 模型
状态空间模型使用状态变量通过一组一阶微分方程或差分方程(而非一个或多个 n 阶微分方程或差分方程)来描述系统。如果一阶差分方程组对于状态和输入变量是线性的,则该模型称为线性状态空间模型。
注意
一般来说,System Identification Toolbox™ 文档将线性状态空间模型简单地称为状态空间模型。您还可以使用灰盒和神经状态空间对象识别非线性状态空间模型。有关详细信息,请参阅Available Nonlinear Models。
线性状态空间模型结构是快速估计的理想选择,因为您只需要指定一个参数,即模型阶数 n。模型阶数是一个等于 x(t) 维度的整数,与相应线性差分方程中使用的延迟输入和输出数目有关,但不一定等于该数量。状态变量 x(t) 可以根据测量的输入/输出数目据重新构造,但它们本身在试验期间无法测量。
在连续时间下定义参数化状态空间模型通常比在离散时间下更容易,因为物理定律通常用差分方程来描述。在连续时间下,线性状态空间描述采用以下形式:
矩阵 F、G、H 和 D 包含具有物理意义的元素,例如材料常数。K 包含扰动矩阵。x0 指定初始状态。
您可以同时使用时域和频域数据来估计连续时间状态空间模型。
离散时间线性状态空间模型结构通常以创新形式编写,它描述噪声:
这里,T 是采样时间,u(kT) 是 kT 时刻的输入,y(kT) 是 kT 时刻的输出。
您不能使用连续时间频域数据来估计离散时间状态空间模型。
有关详细信息,请参阅什么是状态空间模型?
App
系统辨识 | 从测量数据辨识动态系统模型 |
实时编辑器任务
估计状态空间模型 | Estimate state-space model using time or frequency data in the Live Editor |
函数
主题
状态空间模型基础知识
- 什么是状态空间模型?
状态空间模型使用状态变量通过一组一阶微分方程或差分方程(而非一个或多个 n 阶微分方程或差分方程)来描述系统。如果一阶差分方程组对于状态和输入变量是线性的,则该模型称为线性状态空间模型。 - 状态空间模型估计方法
在非迭代子空间方法、使用预测误差最小化算法的迭代方法和非迭代方法之间进行选择。 - Estimate State-Space Model with Order Selection
Select a model order for a state-space model structure in the app and at the command line. - State-Space Realizations
A state-space model can be expressed in an infinite number of realizations. Common forms, sometimes called canonical forms, include modal, companion, observable, and controllable forms. - Data Supported by State-Space Models
You can use time-domain and frequency-domain data that is real or complex and has single or multiple outputs.
估计状态空间模型
- Estimate State-Space Models in System Identification App
Use the app to specify model configuration options and estimation options for model estimation. - Estimate State-Space Models at the Command Line
Perform black-box or structured estimation. - Estimate State-Space Models with Canonical Parameterization
Canonical parameterization represents a state-space system in a reduced parameter form where many elements of A, B and C matrices are fixed to zeros and ones. - Estimate State-Space Equivalent of ARMAX and OE Models
This example shows how to estimate ARMAX and OE-form models using the state-space estimation approach. - Estimate State-Space Models with Free-Parameterization
Free Parameterization is the default; the estimation routines adjust all the parameters of the state-space matrices. - Use State-Space Estimation to Reduce Model Order
Reduce the order of a Simulink® model by linearizing the model and estimating a lower order model that retains model dynamics. - System Identification Using Eigensystem Realization Algorithm (ERA)
Estimate state-space model from impulse response data using Eigensystem Realization Algorithm (ERA).
结构化估计,创新形式
- Estimate State-Space Models with Structured Parameterization
Structured parameterization lets you exclude specific parameters from estimation by setting these parameters to specific values. - Identifying State-Space Models with Separate Process and Measurement Noise Descriptions
An identified linear model is used to simulate and predict system outputs for given input and noise signals.
设置状态空间模型选项
- Supported State-Space Parameterizations
System Identification Toolbox software supports various parameterization combinations that determine which parameters are estimated and which parameters remain fixed to specific values. - Specifying Initial States for Iterative Estimation Algorithms
When you estimate state-space models, you can specify how the algorithm treats initial states.