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Principles of System Identification : Theory and Practice
发布日期:2015-12-17  浏览

Principles of System Identification : Theory and Practice

[Book Description]

Master Techniques and Successfully Build Models Using a Single Resource Vital to all data-driven or measurement-based process operations, system identification is an interface that is based on observational science, and centers on developing mathematical models from observed data. Principles of System Identification: Theory and Practice is an introductory-level book that presents the basic foundations and underlying methods relevant to system identification. The overall scope of the book focuses on system identification with an emphasis on practice, and concentrates most specifically on discrete-time linear system identification. Useful for Both Theory and Practice The book presents the foundational pillars of identification, namely, the theory of discrete-time LTI systems, the basics of signal processing, the theory of random processes, and estimation theory. It explains the core theoretical concepts of building (linear) dynamic models from experimental data, as well as the experimental and practical aspects of identification. The author offers glimpses of modern developments in this area, and provides numerical and simulation-based examples, case studies, end-of-chapter problems, and other ample references to code for illustration and training. Comprising 26 chapters, and ideal for coursework and self-study, this extensive text: * Provides the essential concepts of identification * Lays down the foundations of mathematical descriptions of systems, random processes, and estimation in the context of identification * Discusses the theory pertaining to non-parametric and parametric models for deterministic-plus-stochastic LTI systems in detail * Demonstrates the concepts and methods of identification on different case-studies * Presents a gradual development of state-space identification and grey-box modeling * Offers an overview of advanced topics of identification namely the linear time-varying (LTV), non-linear, and closed-loop identification * Discusses a multivariable approach to identification using the iterative principal component analysis * Embeds MATLAB(R) codes for illustrated examples in the text at the respective points Principles of System Identification: Theory and Practice presents a formal base in LTI deterministic and stochastic systems modeling and estimation theory; it is a one-stop reference for introductory to moderately advanced courses on system identification, as well as introductory courses on stochastic signal processing or time-series analysis.

[Table of Contents]
Foreword                                           xix
Preface                                            xxi
List of Figures                                    xxvii
List of Tables                                     xxxiii
Part I Introduction To Identification And
Models For Linear Deterministic Systems
  Chapter 1 Introduction                           2     (29)
    1.1 Motivation                                 2     (6)
    1.2 Historical developments                    8     (5)
    1.3 System Identification                      13    (6)
      1.3.1 Three Facts of Identification          14    (1)
      1.3.2 Notion of a Model                      15    (2)
      1.3.3 Quantitative vs. Qualitative Models    17    (2)
        1.3.3.1 Deterministic vs. Stochastic       18    (1)
        Models
        1.3.3.2 Non-Parametric vs. Parametric      18    (1)
        Models
    1.4 Systematic identification                  19    (7)
      1.4.1 Data Generation and Acquisition        19    (2)
      1.4.2 Data Pre-Processing                    21    (1)
      1.4.3 Data Visualization                     22    (1)
      1.4.4 Model Development                      22    (2)
      1.4.5 Model Assessment and Validation        24    (1)
      1.4.6 Prior Process Knowledge                24    (1)
      1.4.7 Suggestions for Obtaining a Good       25    (1)
      Model
    1.5 Flow of learning material                  26    (3)
    1.6 Software                                   29    (2)
  Chapter 2 A Journey into Identification          31    (25)
    2.1 Identifiability                            31    (3)
    2.2 Signal-to-Noise ratio                      34    (1)
    2.3 Overfitting                                35    (3)
    2.4 A modeling example: liquid level system    38    (15)
      2.4.1 The Physical Process                   38    (1)
      2.4.2 Data Generation                        38    (2)
      2.4.3 Data Visualization and Preliminary     40    (1)
      Analysis
      2.4.4 Building Non-Parametric Models         41    (2)
      2.4.5 Building Parametric Models             43    (2)
      2.4.6 Goodness of the Model                  45    (5)
      2.4.7 Developing a State-Space Model         50    (3)
    2.5 Reflections and summary                    53    (3)
  Chapter 3 Mathematical Descriptions of           56    (12)
  Processes: Models
    3.1 Definition of a model                      56    (1)
    3.2 Classification of models                   57    (11)
      3.2.1 Types of Models                        58    (8)
      3.2.2 Models for Identification              66    (2)
  Chapter 4 Models for Discrete-Time LTI Systems   68    (41)
    4.1 Convolution model                          68    (4)
      4.1.1 Impulse Response                       69    (3)
    4.2 Response models                            72    (7)
      4.2.1 Finite Impulse Response (FIR) Model    72    (1)
      4.2.2 Step Response Model                    73    (2)
      4.2.3 Frequency Response Model               75    (4)
    4.3 Difference equation form                   79    (7)
      4.3.1 Motivating Remarks                     79    (1)
      4.3.2 Parametrization of Impulse Response    80    (1)
      4.3.3 Transfer Function Operator             81    (3)
      4.3.4 Stability and Poles                    84    (2)
    4.4 State-space descriptions                   86    (15)
      4.4.1 Background                             86    (1)
      4.4.2 State Variable                         87    (3)
      4.4.3 State-Space Models                     90    (2)
      4.4.3.1 Forms of State-Space                 92    (6)
      Representations
      4.4.4 State-space H Transfer Function        98    (3)
      Operator Form
    4.5 Illustrative example in MATLAB:            101   (6)
    estimating LTI models
      4.5.1 Data Generation                        101   (1)
      4.5.2 Estimation of FIR Model                102   (1)
      4.5.3 Estimation of Step-Response Model      102   (1)
      4.5.4 Estimation of Difference Equation      103   (1)
      Model
      4.5.5 Estimation of a State-Space Model      104   (3)
    4.6 Summary                                    107   (2)
  Chapter 5 Transform-Domain Models for Linear     109   (20)
  Time-Invariant Systems
    5.1 Frequency response function                109   (3)
      5.1.1 Characteristics of FRF                 109   (3)
    5.2 Transfer function form                     112   (11)
      5.2.1 Response to Damped Oscillatory         112   (1)
      Signals
      5.2.2 z-Transforms                           113   (4)
        5.2.2.1 Properties of z-Transforms         115   (2)
      5.2.3 Transfer Functions                     117   (12)
        5.2.3.1 FRF: Special Case of Transfer      121   (2)
        Function
    5.3 Empirical transfer function (ETF)          123   (2)
    5.4 Closure                                    125   (4)
  Chapter 6 Sampling and Discretization            129   (22)
    6.1 Discretization                             129   (12)
      6.1.1 Sampled-Data System                    131   (1)
      6.1.2 Zero-Order Hold                        131   (1)
      6.1.3 Sampler                                132   (1)
      6.1.4 State-Space Approach                   133   (3)
      6.1.5 Transfer Function Approach             136   (5)
    6.2 Sampling                                   141   (6)
      6.2.1 Choice of Sampling Rate                142   (2)
      6.2.2 Sampling Theorem                       144   (2)
      6.2.3 Practical Guidelines for Sampling      146   (1)
    6.3 Summary                                    147   (4)
Part II Models For Random Processes
  Chapter 7 Random Processes                       151   (35)
    7.1 Introductory remarks                       151   (1)
    7.2 Random variables and probability           152   (1)
    7.3 Probability theory                         153   (5)
      7.3.1 Probability Distribution Functions     154   (4)
    7.4 Statistical properties of random           158   (13)
    variables
      7.4.1 Mean and Variance                      158   (5)
      7.4.2 Multivariate Case                      163   (6)
        7.4.2.1 Covariance and Correlation         165   (4)
      7.4.3 Partial Correlation                    169   (2)
    7.5 Random signals and processes               171   (11)
      7.5.1 Definitions                            171   (2)
      7.5.2 Notion of Realization                  173   (2)
      7.5.3 Statistical Properties                 175   (1)
      7.5.4 Stationarity                           176   (2)
      7.5.5 Non-Stationarities                     178   (3)
      7.5.6 Ergodicity                             181   (1)
    7.6 Time-series analysis                       182   (2)
    7.7 Summary                                    184   (2)
  Chapter 8 Time-Domain Analysis: Correlation      186   (18)
  Functions
    8.1 Motivation                                 186   (1)
    8.2 Auto-covariance function                   187   (3)
      8.2.1 Auto-Correlation Function (ACF)        187   (3)
    8.3 White-noise process                        190   (5)
      8.3.1 Theoretical ACFs of Elementary         192   (3)
      Processes
    8.4 Cross-covariance function                  195   (3)
      8.4.1 Properties and Uses of CCF             196   (2)
    8.5 Partial correlation functions              198   (4)
      8.5.1 Partial ACF                            198   (3)
      8.5.2 Partial CCF                            201   (1)
    8.6 Summary                                    202   (2)
  Chapter 9 Models for Linear Stationary           204   (34)
  Processes
    9.1 Motivation                                 204   (1)
    9.2 Basic ideas                                205   (2)
    9.3 Linear stationary processes                207   (3)
      9.3.1 Non-Uniqueness of Time-Series Models   209   (1)
    9.4 Moving average models                      210   (5)
      9.4.1 ACVF Signature of an MA Process        210   (2)
      9.4.2 Invertibility of an MA Process         212   (3)
    9.5 Auto-regressive models                     215   (11)
      9.5.1 Stationary Representations             216   (1)
      9.5.2 ACF of AR Processes                    217   (3)
      9.5.3 Order Determination and PACF           220   (2)
      9.5.4 Alternative Representations of the     222   (2)
      AR Process
      9.5.5 Equivalence Between AR and MA          224   (2)
      Representations
    9.6 Auto-regressive moving average models      226   (1)
    9.7 Auto-regressive integrated moving          227   (7)
    average models
    9.8 Summary                                    234   (4)
  Chapter 10 Fourier Analysis and Spectral         238   (32)
  Analysis of Deterministic Signals
    10.1 Motivation                                238   (4)
    10.2 Definitions                               242   (6)
      10.2.1 Periodic and Aperiodic signals        242   (1)
      10.2.2 Energy and Power Signals              243   (1)
      10.2.3 Cross-Covariance Functions for        244   (4)
      Deterministic Signals
    10.3 Fourier representations of                248   (14)
    deterministic processes
      10.3.1 Fourier Series                        249   (1)
      10.3.2 Power Spectrum                        250   (1)
      10.3.3 Fourier Transform                     251   (2)
      10.3.4 Discrete-Time Fourier Series          253   (2)
      10.3.5 Discrete-Time Fourier Transform       255   (3)
      10.3.6 Properties of DTFT                    258   (4)
    10.4 Discrete Fourier Transform (DFT)          262   (5)
      10.4.1 Spectrum and Spectral Density         266   (1)
    10.5 Summary                                   267   (3)
  Chapter 11 Spectral Representations of Random    270   (35)
  Processes
    11.1 Introduction                              270   (1)
    11.2 Power spectral density of a random        271   (11)
    process
      11.2.1 PSD from Ensemble Averaging           272   (2)
      11.2.2 PSD from Auto-Covariance Function     274   (7)
        11.2.2.1 Random Periodic Process           277   (4)
      11.2.3 Wiener Representations and PSD        281   (1)
    11.3 Spectral characteristics of standard      282   (5)
    processes
      11.3.1 White Noise Process                   282   (1)
      11.3.2 Spectral Density of ARMA Process:     283   (4)
      Colored Noise
    11.4 Cross-spectral density and coherence      287   (6)
    11.5 Partial coherence                         293   (2)
    11.6 Spectral factorization                    295   (6)
    11.7 Summary                                   301   (4)
Part III Estimation Methods
  Chapter 12 Introduction to Estimation            305   (12)
    12.1 Motivation                                305   (1)
    12.2 A simple example: constant embedded in    305   (2)
    noise
    12.3 Definitions and terminology               307   (3)
      12.3.1 Goodness of Estimators                309   (1)
    12.4 Types of estimation problems              310   (4)
      12.4.1 Signal Estimation                     310   (2)
      12.4.2 Parameter Estimation                  312   (1)
      12.4.3 State Estimation                      313   (1)
      12.4.4 Other Classifications                 313   (1)
    12.5 Estimation methods                        314   (1)
    12.6 Historical notes                          315   (2)
  Chapter 13 Goodness of Estimators                317   (33)
    13.1 Introduction                              317   (1)
    13.2 Fisher information                        318   (4)
    13.3 Bias                                      322   (1)
    13.4 Variance                                  322   (3)
      13.4.1 Minimum Variance Unbiased Estimator   325   (1)
    13.5 Efficiency                                325   (1)
    13.6 Sufficiency                               326   (1)
    13.7 Cramer-Rao's inequality                   326   (6)
      13.7.1 Best Linear Unbiased Estimator        331   (1)
    13.8 Asymptotic bias                           332   (1)
    13.9 Mean square error                         333   (1)
      13.9.1 Minimum Mean-Square Estimator         334   (1)
    13.10 Consistency                              334   (2)
    13.11 Distribution of estimates                336   (2)
      13.11.1 Central Limit Theorem                337   (1)
    13.12 Hypothesis testing and confidence        338   (7)
    intervals
      13.12.1 Hypothesis Testing                   339   (3)
      13.12.2 Confidence Regions                   342   (3)
    13.13 Empirical methods for hypothesis         345   (1)
    testing
    13.14 Summary                                  346   (1)
    13.A Appendix                                  347   (3)
      13.A.1 Proof of Cramer-Rao Inequality        347   (3)
  Chapter 14 Estimation Methods: Part I            350   (50)
    14.1 Introduction                              350   (1)
    14.2 Method of moments estimators              351   (4)
      14.2.1 Basic Idea                            351   (4)
    14.3 Least squares estimators                  355   (27)
      14.3.1 Ordinary Least Squares                355   (7)
      14.3.2 Goodness of LS Fits                   362   (3)
      14.3.3 Properties of the LS Estimator        365   (8)
      14.3.4 Computing the Linear LS Estimate      373   (3)
      14.3.5 Weighted Least Squares                376   (5)
      14.3.6 Other Variants of Linear LS           381   (1)
    14.4 Non-linear least squares                  382   (11)
      14.4.1 Numerical Methods for Optimization    384   (2)
      14.4.2 Special Cases                         386   (3)
        14.4.2.1 Linear in Parameters              387   (1)
        14.4.2.2 Linear via Transformation         387   (1)
        14.4.2.3 Pseudo-Linear Regression          388   (1)
        14.4.2.4 Algorithmic Aspects of NLS        388   (1)
        Methods
      14.4.3 Asymptotic Properties of the NLS      389   (4)
      Estimator
    14.5 Summary                                   393   (7)
      14.A Appendix                                394   (6)
        14.A.1 Projection Theorem                  394   (1)
        14.A.2 Decomposition Theorem               394   (1)
        14.A.3 QR Factorization                    395   (1)
        14.A.4 Singular Value Decomposition        396   (4)
  Chapter 15 Estimation Methods: Part II           400   (19)
    15.1 Maximum likelihood estimators             400   (11)
      15.1.1 Estimation of Mean and Variance:      403   (2)
      GWN
      15.1.2 Estimation of an ARX Model            405   (4)
      15.1.3 Computing the MLE                     409   (1)
      15.1.4 Properties of the ML Estimator        410   (1)
    15.2 Bayesian estimators                       411   (6)
      15.2.1 Linear Bayesian MMSE                  416   (1)
    15.3 Summary                                   417   (2)
  Chapter 16 Estimation of Signal Properties       419   (60)
    16.1 Introduction                              419   (1)
    16.2 Estimation of mean and variance           419   (5)
      16.2.1 Estimators of Mean                    420   (2)
      16.2.2 Estimation of Variance                422   (2)
    16.3 Estimators of correlation                 424   (2)
      16.3.1 Estimators of Partial Correlation     425   (1)
    16.4 Estimation of correlation functions       426   (7)
    16.5 Estimation of auto-power Spectra          433   (33)
      16.5.1 Periodogram                           434   (1)
      16.5.2 Finite-Length Effects in Direct       434   (4)
      DFT Methods
        16.5.2.1 Spectral Leakage                  434   (4)
      16.5.3 Remedies: Window Functions            438   (7)
      16.5.4 Estimation of Spectra for             445   (1)
      Stochastic Signals
      16.5.5 Periodogram Estimator                 445   (6)
        16.5.5.1 Properties of Periodogram as a    445   (6)
        PSD Estimator for Stochastic Signals
      16.5.6 Averaged (Smoothed) Periodogram       451   (10)
      Estimators
      16.5.7 Parametric Methods                    461   (3)
      16.5.8 Subspace Decomposition-Based          464   (2)
      Methods
    16.6 Estimation of cross-spectral density      466   (2)
    16.7 Estimation of coherence                   468   (5)
    16.8 Summary                                   473   (6)
Part IV Identification Of Dynamic Models -
Concepts And Principles
  Chapter 17 Non-Parametric and Parametric         479   (20)
  Models for Identification
    17.1 Introduction                              479   (1)
    17.2 The overall model                         479   (1)
    17.3 Quasi-stationarity                        480   (4)
    17.4 Non-parametric descriptions               484   (2)
      17.4.1 Time-Domain Descriptions              484   (2)
        17.4.1.1 FIR Models                        485   (1)
        17.4.1.2 Step Response Models              485   (1)
      17.4.2 Frequency-Domain Descriptions         486   (1)
    17.5 Parametric descriptions                   486   (11)
      17.5.1 Equation-Error Models                 488   (4)
        17.5.1.1 ARX Family                        488   (1)
        17.5.1.2 ARMAX Family                      489   (2)
        17.5.1.3 ARIMAX Models                     491   (1)
      17.5.2 Output-Error Family                   492   (2)
      17.5.3 Box-Jenkins Family                    494   (2)
      17.5.4 Selecting an Appropriate Model        496   (1)
      Structure
    17.6 Summary                                   497   (2)
  Chapter 18 Predictions                           499   (21)
    18.1 Introduction                              499   (1)
    18.2 Conditional expectation and linear        500   (5)
    predictors
      18.2.1 Best Linear Predictor                 502   (3)
    18.3 One-step ahead prediction and             505   (2)
    innovations
      18.3.1 Predictions of the Stochastic         505   (1)
      Process
      18.3.2 Predictions of the Overall LTI        506   (1)
      System
    18.4 Multi-step and infinite-step ahead        507   (5)
    predictions
    18.5 Predictor model: An alternative LTI       512   (2)
    description
      18.5.1 Model Sets and Structures             513   (1)
    18.6 Identifiability                           514   (4)
      18.6.1 Model Identifiability                 514   (1)
      18.6.2 Identifiable LTI Black-Box            514   (3)
      Structures
      18.6.3 System Identifiability                517   (1)
    18.7 Summary                                   518   (2)
  Chapter 19 Identification of Parametric          520   (22)
  Time-Series Models
    19.1 Introduction                              520   (1)
    19.2 Estimation of AR models                   520   (9)
      19.2.1 Y-W Method                            521   (3)
      19.2.2 Least Squares/Covariance Method       524   (1)
      19.2.3 Modified Covariance Method            525   (1)
      19.2.4 Burg's Method                         526   (3)
      19.2.5 ML Estimator                          529   (1)
    19.3 Estimation of MA models                   529   (2)
    19.4 Estimation of ARMA models                 531   (8)
      19.4.1 Non-linear LS Estimation              531   (2)
      19.4.2 Maximum Likelihood Estimation         533   (3)
      19.4.3 Properties of the NLS and ML          536   (3)
      estimators
      19.4.4 Estimation of ARIMA Models            539   (1)
    19.5 Summary                                   539   (3)
  Chapter 20 Identification of Non-Parametric      542   (26)
  Input-Output Models
    20.1 Recap                                     542   (1)
    20.2 Impulse response estimation               542   (11)
      20.2.1 Direct Estimation using Impulse       543   (1)
      Inputs
      20.2.2 Estimation from Response to           543   (5)
      Arbitrary inputs
        20.2.2.1 Diagonalization: Pre-Whitening    545   (3)
        the Input
      20.2.3 Regularization and Including Prior    548   (4)
      Knowledge
      20.2.4 Estimation of IR Coefficients from    552   (1)
      Frequency Response Data
      20.2.5 Indirect Estimation from              552   (1)
      Parametric Models
    20.3 Step response estimation                  553   (1)
    20.4 Estimation of frequency response          554   (9)
    function
      20.4.1 Sinusoidal Input-Based Estimation     554   (2)
      20.4.2 ETFE                                  556   (2)
      20.4.3 Estimation from Spectral              558   (2)
      Densities: Spectral Analysis (SPA)
      20.4.4 Smoothed Estimates                    560   (13)
        20.4.4.1 Smoothing the ETFE                561   (1)
        20.4.4.2 From Smoothed PSD Estimates       561   (2)
        20.4.4.3 Welch's Averaged Approach         563   (1)
    20.5 Estimating the disturbance spectrum       563   (2)
    20.6 Summary                                   565   (3)
  Chapter 21 Identification of Parametric          568   (43)
  Input-Output Models
    21.1 Recap                                     568   (1)
    21.2 Prediction-error minimization (PEM)       569   (4)
    methods
    21.3 Properties of the PEM estimator           573   (8)
      21.3.1 Consistency of PEM Estimators         575   (6)
    21.4 Variance and distribution of PEM-QC       581   (4)
    estimators
    21.5 Accuracy of parametrized FRF estimates    585   (4)
    using PEM
    21.6 Algorithms for estimating specific        589   (14)
    parametric models
      21.6.1 Estimating ARX Models                 590   (3)
        21.6.1.1 AUDI: Estimating Several ARX      591   (2)
        Models Simultaneously
      21.6.2 Estimating ARMAX Models               593   (4)
        21.6.2.1 Pseudo-Linear Regression          596   (1)
        Method for ARMAX
      21.6.3 Estimating OE Models                  597   (4)
        21.6.3.1 Stieglitz-McBride Algorithm       599   (2)
      21.6.4 Estimating BJ Models                  601   (2)
    21.7 Correlation methods                       603   (5)
      21.7.1 Instrumental Variable (IV) Methods    604   (2)
      21.7.2 Properties of the IV Estimator        606   (1)
      21.7.3 Multistage IV (IV4) Method            607   (1)
    21.8 Summary                                   608   (3)
  Chapter 22 Statistical and Practical Elements    611   (45)
  of Model Building
    22.1 Introduction                              611   (1)
    22.2 Informative Data                          612   (2)
      22.2.1 Persistent Excitation                 613   (1)
    22.3 Input design for identification           614   (4)
      22.3.1 Pseudo-Random Binary Sequences        615   (3)
      22.3.2 Preliminary Tests for Input Design    618   (1)
    22.4 Data pre-processing                       618   (17)
      22.4.1 Offsets, Drifts and Trends            619   (2)
      22.4.2 Outliers and Missing Data             621   (12)
      22.4.3 Pre-Filtering                         633   (2)
      22.4.4 Partitioning the Data                 635   (1)
    22.5 Time-delay estimation                     635   (1)
    22.5.1 Definitions                             635   (7)
      22.5.2 Impulse Response Estimation Method    636   (1)
      22.5.3 Frequency-Domain Estimation Method    637   (4)
      22.5.4 Model-based Estimation Method         641   (1)
    22.6 Model development                         642   (11)
      22.6.1 Model Structure Selection             643   (1)
      22.6.2 Options in Parametric Modeling        644   (2)
      22.6.3 Order Determination                   646   (2)
      22.6.4 Model Quality Assessment and          648   (5)
      Validation
    22.7 Summary                                   653   (3)
  Chapter 23 Identification of State-Space         656   (62)
  Models
    23.1 Introduction                              656   (4)
    23.2 Mathematical essentials and basic ideas   660   (3)
      23.2.1 Basic Approach                        661   (1)
      23.2.2 Observability and Controllability     661   (2)
    23.3 Kalman filter                             663   (11)
      23.3.1 Extended Kalman Filter and the        671   (2)
      Unscented KF
      23.3.2 Innovations Form                      673   (1)
    23.4 Foundations for subspace identification   674   (7)
      23.4.1 Extended Observability Matrix         675   (1)
      23.4.2 Realization Methods                   676   (5)
        23.4.2.1 Estimation from IR: Ho and        676   (3)
        Kalman Method
        23.4.2.2 Kung's Method                     679   (2)
    23.5 Preliminaries for subspace                681   (4)
    identification methods
      23.5.1 Subspaces, Projections and            682   (3)
      Implementations
    23.6 Subspace identification algorithms        685   (23)
      23.6.1 Deterministic Systems                 685   (8)
        23.6.1.1 MOESP Method                      687   (3)
        23.6.1.2 N4SID Method                      690   (3)
      23.6.2 Deterministic-plus-Stochastic         693   (15)
      Systems
        23.6.2.1 Numerical Kalman State            694   (1)
        Estimates
        23.6.2.2 Statistical Interpretations of    695   (2)
        Projections
        23.6.2.3 MOESP and N4SID Methods for       697   (3)
        the Full Case
        23.6.2.4 CVA Method                        700   (1)
        23.6.2.5 Unified Algorithm                 701   (1)
        23.6.2.6 Estimation of System Matrices,    702   (4)
        Noise Covariance and Kalman Gain
        23.6.2.7 Interpreting SSID Methods in      706   (2)
        the PE Framework
    23.7 Structured state-space models             708   (7)
      23.7.1 Parametrized Linear Black-Box         709   (3)
      Models
      23.7.2 Grey-Box Identification               712   (1)
      23.7.2.1 Grey-Box Modeling of a Two-Tank     712   (3)
      System
    23.8 Summary                                   715   (3)
  Chapter 24 Case Studies                          718   (37)
    24.1 ARIMA model of industrial dryer           718   (5)
    temperature
      24.1.1 Process Data                          718   (1)
      24.1.2 Building the Time-Series Model        718   (5)
    24.2 Simulated process: developing an          723   (10)
    input-output model
      24.2.1 Data Generation                       724   (1)
      24.2.2 Data Pre-Processing                   724   (1)
      24.2.3 Non-Parametric Analysis               725   (2)
      24.2.4 Parametric Model Development          727   (2)
      24.2.5 Model Quality Assessment              729   (2)
      24.2.6 Parametric Model along the OE Route   731   (2)
    24.3 Process with random walk noise            733   (7)
      24.3.1 Visual Analysis                       733   (1)
      24.3.2 Non-Parametric Estimates              733   (2)
      24.3.3 Parametric Input-Output Model         735   (5)
    24.4 Multivariable modeling of a four-tank     740   (12)
    system
      24.4.1 Process Description                   740   (2)
      24.4.2 Data Acquisition                      742   (1)
      24.4.3 Data Pre-Processing and               742   (1)
      Non-Parametric Analysis
      24.4.4 Development of a State-Space Model    743   (4)
      24.4.5 Transfer Function Models for the      747   (8)
      MIMO system
        24.4.5.1 Approach I: Using the Full SS     747   (1)
        Model
        24.4.5.2 Approach II: Using the MOESP      748   (4)
        Model
    24.5 Summary                                   752   (3)
Part V Advanced Concepts
  Chapter 25 Advanced Topics in SISO               755   (35)
  Identification
    25.1 Identification of linear time-varying     755   (21)
    systems
      25.1.1 WLS Methods with Forgetting Factor    757   (1)
      25.1.2 Recursive Methods                     757   (4)
      25.1.3 Recursive Weighted Least Squares      761   (3)
      25.1.4 Recursive PEM Algorithm               764   (2)
      25.1.5 Wavelet-Based Approaches              766   (10)
        25.1.5.1 Wavelet Transforms                767   (7)
        25.1.5.2 Identification of LTV Systems     774   (2)
        Using Wavelets
    25.2 Non-linear identification                 776   (7)
      25.2.1 Neural Network Models                 778   (1)
      25.2.2 Fuzzy Models                          779   (1)
      25.2.3 Dynamic Non-Linear Models: NARX       780   (1)
      25.2.4 Simplified Non-linear Models          780   (3)
        25.2.4.1 Volterra Models                   781   (1)
        25.2.4.2 Hammerstein and Wiener Models     781   (2)
    25.3 Closed-loop identification                783   (4)
      25.3.1 Closed-Loop Identification            785   (2)
      Techniques
    25.4 Summary                                   787   (3)
  Chapter 26 Linear Multivariable Identification   790   (24)
    26.1 Motivation                                790   (1)
    26.2 Estimation of time delays in MIMO         791   (4)
    systems
    26.3 Principal component analysis (PCA)        795   (17)
      26.3.1 Motivating Example: Linear Algebra    795   (5)
      Perspective
      26.3.2 Statistical Approach                  800   (4)
        26.3.2.1 Population Version                800   (2)
        26.3.2.2 Sample Version Formulation of     802   (2)
        PCA
      26.3.3 Rank Determination and Modeling       804   (8)
      using Iterative PCA
        26.3.3.1 Iterative PCA                     804   (4)
        26.3.3.2 Example 1: Flow Mixing            808   (2)
        26.3.3.3 Example 2: Continuously           810   (2)
        Stirred Tank Heater
    26.4 Summary                                   812   (2)
References                                         814   (15)
Index                                              829
 

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