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马尔可夫参数估计

[拼音]:Ma’erkefu canshu guji

[外文]:estimation of Markov parameter

通过对传递函数阵(见传递函数)的辨识求出马尔可夫参数,以建立系统小实现状态方程的非参数模型辨识方法。对于离散的单输入单输出系统,脉冲响应权序列{hi,i=0,1,…}的Z变换就是脉冲传递函数H(z),即 。对于满足完全可观测和完全可控条件的多输入多输出系统,存在着形式上与{hi}序列相似的非参数模型{Ji,i=0,1,…}。如果多输入多输出的传递函数阵为G(z),它可以表示为

G(z)=D+J0z-1+J1z-2+…

这个矩阵序列{Ji,i=0,1,…}称为多输入多输出系统的马尔可夫参数。多输入多输出系统辨识的困难在于无法得到惟一解,但可考虑其小实现的辨识。设线性定常系统为

x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)

y(k)=Cx(k)+Du(k)

式中x(k)是n维状态向量,y(k)是m维观测向量,u(k)为r维输入。系统的等价类上的传递函数为

G(z)=C(zI-A)-1B+D

由定义JiCAiB 所给出的马尔可夫参数与G(z)之间的关系即符合上述Z变换的关系。由马尔可夫参数{Ji}构成的汉克尔矩阵Hn为

其中On为完全可观测矩阵,Cn为完全可控矩阵。由系统的完全可控与完全可观测的假定可知:rank (On) =n,rank(Cn)=n,亦即rank(Hn)=n。因此,系统为小实现的充分必要条件是:由马尔可夫参数构成的汉克尔矩阵的秩为 n。为了获得马尔可夫参数的估计,需要先辨识传递函数阵G(z),然后把G(z)展成z-1的矩阵多项式,其相应的系数矩阵就是马尔可夫参数的估计。辨识马尔可夫参数的目的在于建立小实现的状态方程,著名的方法之一是何-卡尔曼方法,可表述为:给定{Ji,i=0,1,2,…},存在有穷维小实现(A,B,C),它以Ji为其马尔可夫参数的充分必要条件是存在一个整数q及常数α1,α2,…,αq,使对任何j≥0有。

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