水下自主航行器动力学模型 建模和参数估计PDF电子书下载

第一章　绪论 1

1.1 系统与模型 1

1.2　系统辨识的定义 3

1.3 系统辨识的理论与技术 4

1.3.1 系统辨识／参数估计 5

1.3.2 辨识的内容与技术的实现 6

1.4　系统辨识的应用 7

1.5 水下自主航行器动力学建模技术与应用 9

1.5.1 水下自主航行器动力学模型研究的必要性 9

1.5.2　航行器动力学模型 10

1.5.3　航行器动力学模型结构 11

1.5.4　航行器动力学模型参数估计问题 12

1.5.5 其他问题 13

2.1.1 坐标系的选择 15

2.1 水下自主航行器的空间运动表示及其运动参数 15

第二章　水下自主航行器动力学模型 15

2.1.2　航行器的运动参数 18

2.1.3　坐标变换矩阵 19

2.1.4　航行器的操纵机构 20

2.2　航行器系统数学模型 21

2.2.1 刚体动力学系统 22

2.2.2 一般空间运动方程组 23

2.3　数学模型的分解和简化 25

2.3.1 航行器纵向运动模型 26

2.3.2 航行器侧向运动模型 27

2.3.3 航行器的横滚运动模型 28

第三章　参数估计理论与算法 30

3.1 最小二乘法 30

3.1.1 最小二乘问题的提法和基本计算公式 30

3.1.2 最小二乘估计的几何意义和统计性质 32

3.1.3 最小二乘参数估计的递推算法 35

3.1.4 数据饱和现象 37

3.2　状态估计和卡尔曼滤波算法 40

3.2.1 卡尔曼滤波基本公式 40

3.2.2 非线性连续-离散系统的卡尔曼滤波 44

3.3　极大似然辨识算法 47

3.3.1 极大似然准则 47

3.3.2 非线性动力学系统极大似然算法 48

3.3.3 极大似然参数估计的近似算法 53

3.3.4 极大似然递推算法 55

第四章　航行器动力学参数辨识 57

4.1 引言 57

4.2　参数辨识问题的描述 58

4.2.1 辨识问题的描述 58

4.2.2　航行器纵向运动的仿真模型 60

4.2.3 航行器纵向运动模型参数灵敏度方程 61

4.2.4 各参数对输出的灵敏度分析 63

4.3 极大似然迭代辨识算法 64

4.3.1 牛顿-拉夫逊算法 64

4.3.2　数值的稳定性 65

4.3.3　迭代步长的优化处理 66

4.3.4　辨识结果和分析 69

4.4 单纯形寻优法 71

4.4.1 算法的描述 72

4.4.2　单纯形寻优法辨识结果 74

4.5　极大似然递推辨识算法 75

4.5.1　算法的描述 76

4.5.2 数值计算问题 77

4.5.3　极大似然递推辨识算法结果和分析 80

4.6　增广的广义卡尔曼滤波算法 82

4.7 结论 85

第五章　数据预处理及相容性检验 87

5.1 前言 87

5.2　数据处理的理论基础 87

5.2.1 信号的分类 87

5.2.2 随机信号的描述 88

5.2.3 白噪声极其性质 90

5.2.4 随机模型 91

5.3　数据预处理 94

5.3.1 野值的识别、剔除与补正 94

5.3.2　传感器安装位置校正 97

5.3.3　低通滤波 98

5.3.4 数据加密 101

5.3.5　数据平滑和微分平滑 102

5.4　数据相容性检验和数据重建 104

5.4.1 相容性检验基本方程 105

5.4.2 简化的相容性检验基本方程 108

5.5　数据相容性检验应用结果 110

5.5.1 第一种相容性检验方程 110

5.5.2 简化相容性检验方程 110

5.6　测量数据含有异常值时的鲁棒估计问题 111

5.6.1 问题的提法 111

5.6.2　鲁棒估计算法 113

5.6.3 参数不确定区间的估计 116

5.6.4　仿真算例 116

5.7　结论 118

第六章　不确定性系统及其建模 119

6.1 不确定性系统的描述 120

6.1.1 统计假设和UBBE假设 121

6.1.2 建模不确定性和未建模不确定性 122

6.2　鲁棒辨识理论与技术 123

6.1.3 航行器系统的不确定性模型 123

6.2.1 参数的不确定椭球估计 124

6.2.2　广义估计问题（Generalized Estimation Problem） 125

6.2.3 l1鲁棒辨识 128

6.2.4 H∞鲁棒辨识 131

6.3　离散系统H∞辨识 132

6.3.1 系统和问题的描述 134

6.3.2 H∞辨识算法 136

6.3.3 仿真算例 138

6.4　连续系统的H∞辨识 142

6.4.1 问题的描述和定义 143

6.4.2　连续系统的H∞辨识算法 144

6.4.3 水下自主航行器系统辨识算例 148

7.1.1 问题的描述与模型结构 150

第七章　辨识技术和应用 150

7.1 递推辨识算法在故障检测中的应用 150

7.1.2　算法的描述 152

7.1.3 水下自主航行器快变参数的辨识 154

7.2　模型的确认与验证 158

7.2.1　模型的确认（Model Validation） 160

7.2.2　模型的验证（Model Verification） 162

7.2.3 不确定性模型的有效性验证 163

7.3　水下自主航行器建模软件包TMSP 164

7.3.1 总体说明 165

7.3.2 TMSP结构及其功能 167

7.3.3　软件包的设计 169

7.3.4 软件包的使用 171

参考文献 173