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基于MATLAB的飞机气动导数系统辨识

news 2025/11/14 7:33:13

基于MATLAB的飞机气动导数系统辨识，结合最小二乘法（LS）和递归最小二乘法（RLS）的实现方法

一、系统辨识框架设计

1. 气动导数定义

请添加图片描述

2. 系统模型构建

状态空间模型：

请添加图片描述

二、实现

1. 数据采集与预处理

%% 数据加载（示例：风洞试验数据）
load('flight_data.mat'); % 包含u(副翼), y(滚转角速度)等信号% 数据预处理
fs = 100; % 采样频率(Hz)
t = (1:length(y))/fs; % 时间轴% 去噪处理
y_filt = medfilt1(y, 5); % 中值滤波
y_filt = sgolayfilt(y_filt, 3, 9); % Savitzky-Golay滤波

2. 最小二乘法辨识（LS）

%% 构建回归矩阵
N = length(y_filt);
Phi = zeros(N-1, 2);
Phi(:,1) = y_filt(1:N-1); % 滚转角速度滞后项
Phi(:,2) = u(1:N-1);     % 副翼输入% 构建输出向量
Y = y_filt(2:N);% 最小二乘解
theta_LS = (Phi'*Phi) \ Phi'*Y;
L_p = theta_LS(1); % 滚转阻尼导数
K_delta_a = theta_LS(2); % 副翼增益

3. 递归最小二乘法辨识（RLS）

%% RLS参数设置
lambda = 0.99; % 遗忘因子
P = 100*eye(2); % 协方差矩阵初始化
theta_RLS = zeros(2,1); % 参数估计for k = 2:N% 输入向量phi = [y_filt(k-1); u(k-1)];% 增益计算K = P*phi / (lambda + phi'*P*phi);% 参数更新theta_RLS = theta_RLS + K*(y_filt(k) - phi'*theta_RLS);% 协方差更新P = (P - K*phi'*P)/lambda;
end

三、优化

1. 动态模型阶次选择

% 使用AIC准则选择最优阶次
aic_values = zeros(1,5);
for n = 1:5AIC(n) = N*log(norm(Y - Phi(:,1:n)*theta_LS(1:n))) + 2*n;
end
opt_order = find(AIC == min(AIC));

2. 噪声协方差估计

% 计算过程噪声协方差
Q_est = cov(Y - Phi*theta_LS);
R_est = var(Y - Phi*theta_LS);

3. 在线实时辨识

%% 实时递归辨识（Simulink实现）
% 构建RLS模块
rls_block = ss([0 1; -L_p -K_delta_a], [1 0], eye(2), 0);
sys = ss(A,B,C,D); % 原系统模型% 在线更新
[y_est, theta_est] = lsim(rls_block, u, t);

参考代码飞机系统辨识程序 www.youwenfan.com/contentcsl/79291.html

四、扩展

1. 多输入多输出（MIMO）辨识

% 构建MIMO回归矩阵
Phi_MIMO = [Phi, eye(N-1)]; % 包含控制输入和状态滞后

2. 非线性气动导数辨识

% 使用神经网络补偿非线性
net = feedforwardnet(10);
net = train(net, Phi', Y');
theta_nn = net(Phi');

3. 实时硬件在环测试

%% 硬件接口配置
h = daq.createSession('ni');
addAnalogInputChannel(h, 'Dev1', 0:1, 'Voltage');
h.IsContinuous = true;%% 实时数据采集与辨识
while truedata = read(h, 1000);u_real = data(:,1);y_real = data(:,2);% 在线RLS更新[theta_est, P] = rls_update(theta_est, P, u_real, y_real);
end