小波理论在系统建模与控制中的若干应用研究

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小波函数及小波变换近乎完美的数学特性使得它日益受到控制科学家和工程人员的青睐,1991年瑞典控制学家Astr(?)m就提出小波函数逼近将成为系统建模、辨识和控制的最新研究方法。其后十几年间,随着小波理论的不断发展和完善,小波在系统辨识和控制中的应用越来越广,部分地解决了系统辨识与控制科学面临的一些问题。本文在前人研究成果的基础上,结合笔者本人的研究工作,给出了小波理论在系统辨识和控制领域中的若干应用算法,主要内容包括: 1.严格证明了白噪声经正交尺度(小波)分解和重构后方差减半的定理,因此可对辨识数据进行多分辨正交尺度分解和重构,尽可能消除噪声对数据的污染,提高辨识精度。在该定理的基础上,笔者将有显式表达的非正交小波作为基函数逼近系统的脉冲响应过程,并经多尺度变换消噪,取得了良好的辨识效果。 2.根据面向控制的辨识理论,推导出一种基于小波分解的线性时变系统在线分频辨识算法,对于工作频段时变的控制系统(如随动系统)可在线调整各子频段的辨识模型加权系数,以期模型在当前工作频段附近尽可能接近真实系统。 3.小波逼近在非线性动态系统辨识中的应用。一是利用小波时频局部化的特点,提出一种尺度因子可调的自适应小波核最小二乘支持向量机,并应用于非线性系统的黑箱建模。二是推导出了等距分布节点的三次B样条函数公式,以此为尺度函数结合B样条高通滤波器系数构造了三次B样条小波,并以B样条小波为基函数,逼近Hammerstein模型中的非线性环节。 4.基于小波逼近的控制策略研究。一是采用离散仿射小波网络逼近一类非匹配不确定性非线性系统,并结合Popov超稳定性理论设计控制参数的自适应律,克服了普通神经网络固有的训练算法计算量大,容易陷入局部极小,收敛性难以保证等缺陷。二是提出以小波函数为基函数应用于预测函数控制,由小波的尺度伸缩特性,根据预测时域内逼近精度要求的高低调整基函数的尺度因子,既保证了预测时域整体优化目标和逼近精度要求,又尽可能减少了基函数个数,实现了优化变量的集结,同时改善了系统的动态特性,增强了系统抑制外部干扰的能力。 5.在正交小波(尺度)分解和重构算法的基础上,得到等效于小波分解和重构
第一章 绪论第12-25页
    1.系统辨识与控制的发展历程及面临的问题第12-15页
    2.小波理论与应用技术的发展概况第15-17页
    3.小波的特点及其在系统辨识与控制中的应用第17-21页
    4.本文的主要研究内容及创新点第21-25页
第二章 小波理论基础第25-56页
    1.引言第25页
    2.小波函数的概念第25-26页
    3.连续小波变换第26-28页
    4.离散小波框架第28-30页
        4.1 框架理论第28页
        4.2 小波框架第28-29页
        4.3 时—频局部化第29-30页
    5.多分辨分析理论第30-34页
        5.1 多分辨分析思想第30-33页
        5.2 快速正交小波变换第33-34页
    6.紧支集小波的标准正交基第34-36页
        6.1 消失矩与紧支集第34-35页
        6.2 Daubechies紧支集小波第35-36页
    7.小波包及小波包变换第36-39页
        7.1 小波包定义与性质第36-38页
        7.2 小波包变换第38-39页
    8.小波神经网络第39-50页
        8.1 小波网络的类型第39-40页
        8.2 离散仿射小波网络第40-46页
        8.3 多分辨递阶正交小波网络第46-50页
    9.其它新型小波理论第50-55页
        9.1 第二代小波变换第50-52页
        9.2 多小波理论第52-54页
        9.3 脊波理论第54-55页
    10.本章小结第55-56页
第三章 小波理论在系统辨识中的若干应用研究第56-86页
    1.引言第56页
    2.基于小波变换的系统非参数辨识第56-62页
        2.1 正交小波变换与随机噪声减噪第57-59页
        2.2 基于小波逼近和尺度变换的脉冲响应辨识第59-60页
        2.3 仿真实例第60-62页
    3.小波分解在线性时变系统分频辨识中的应用第62-71页
        3.1 面向控制的系统辨识第62-63页
        3.2 基于小波分解的LTI系统分频辨识第63-66页
        3.3 基于小波分解的LTV系统在线分频辨识第66-69页
        3.4 仿真研究第69-71页
    4.小波核支持向量机在非线性系统辨识中的应用第71-79页
        4.1 支持向量机与非线性系统辨识第71-74页
        4.2 自适应小波核最小二乘支持向量机第74-77页
        4.3 仿真研究第77-79页
    5.B样条小波在Hammerstein模型辨识中的应用第79-84页
        5.1 Hammerstein模型辨识问题第79-81页
        5.2 B样条小波在Hammerstein模型辨识中的应用第81-83页
        5.3 仿真研究第83-84页
    6.本章小结第84-86页
第四章 基于小波逼近的控制策略研究第86-110页
    1.引言第86页
    2.基于小波逼近的非线性系统超稳定自适应控制算法第86-99页
        2.1 自适应控制概述第86-88页
        2.2 Popov超稳定性理论第88-91页
        2.3 基于小波逼近的一类非线性系统超稳定自适应控制第91-97页
        2.4 仿真研究第97-99页
    3.小波逼近在预测函数控制中的应用第99-108页
        3.1 预测函数控制概述第99-101页
        3.2 基于小波基的预测函数控制及其闭环稳定性分析第101-106页
        3.3 仿真实例第106-108页
    4.本章小结第108-110页
第五章 小波滤波与去噪及其在控制中的应用研究第110-135页
    1.引言第110页
    2.正交小波等效滤波器特性第110-117页
    3.多分辨小波去噪第117-123页
        3.1 噪声在小波分解下的特性第118-119页
        3.2 小波阈值去噪第119-122页
        3.3 小波系数相关去噪第122-123页
    4.小波滤波与去噪在PID继电整定中的应用第123-128页
        4.1 基于尺度滤波和小波去噪的PID继电整定第124-126页
        4.2 仿真实例第126-128页
    5.小波去噪在提高控制稳态精度中的应用第128-134页
        5.1 系统稳态输出的在线小波滤波第129-131页
        5.2 小波系数相关值与参考轨迹系数的在线调整第131-132页
        5.3 仿真实例第132-134页
    6.本章小结第134-135页
第六章 小波变换在简化控制计算中的应用研究第135-157页
    1.引言第135页
    2.小波变换与动态系统最优控制第135-141页
        2.1 Harr小波及其积分运算矩阵第136-138页
        2.2 Harr小波与线性定常系统的数值分析第138-139页
        2.3 Harr小波变换与线性二次型最优控制第139-141页
    3.小波变换在大系统递阶控制中的应用第141-148页
        3.1 大系统递阶控制概述第141-143页
        3.2 基于Harr小波变换的大系统递阶控制方法第143-147页
        3.3 仿真研究第147-148页
    4.小波变换在时变系统迭代学习控制中的应用第148-156页
        4.1 迭代学习控制概述第148-150页
        4.2 基于Harr小波变换的时变系统迭代学习终端控制第150-154页
        4.3 仿真研究第154-156页
    5.本章小结第156-157页
结论和展望第157-160页
致谢第160-161页
参考文献第161-170页
读研期间参加的课题项目及完成的论文第170-171页
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