主要内容

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:

x˙(t)=Fx(t)+Gu(t)+K˜w(t)y(t)=Hx(t)+Du(t)+w(t)x(0)=x0

矩阵 FGHD 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:

x(kT+T)=Ax(kT)+Bu(kT)+Ke(kT)y(kT)=Cx(kT)+Du(kT)+e(kT)x(0)=x0

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

全部展开

idssState-space model with identifiable parameters
ssestEstimate state-space model using time-domain or frequency-domain data
ssregestEstimate state-space model by reduction of regularized ARX model
n4sid使用时域或频域数据子空间方法估计状态空间模型
eraEstimate state-space model from impulse response data using Eigensystem Realization Algorithm (ERA) (自 R2022b 起)
pemPrediction error minimization for refining linear and nonlinear models
delayest根据数据估计时间延迟(死区时间)
findstatesEstimate initial states of model
ssformQuick configuration of state-space model structure
initSet or randomize initial parameter values
idparCreate parameter for initial states and input level estimation
idssdataState-space data for identified system
getpvecObtain model parameters and associated uncertainty data
setpvecModify values of model parameters
getparObtain attributes such as values and bounds of linear model parameters
setparSet attributes such as values and bounds of linear model parameters
ssestOptionsOption set for ssest
ssregestOptionsOption set for ssregest
n4sidOptionsOption set for n4sid
findstatesOptionsOption set for findstates

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.

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结构化估计,创新形式

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