前 言
迄今為止，先進(jìn)控制技術(shù)還是很難在實(shí)際工程應(yīng)用中流行起來(lái)，原因固然有很多，但至少有一個(gè)原因是可以明確的，那就是過(guò)程模型辨識(shí)應(yīng)用技術(shù)遠(yuǎn)未成熟。先進(jìn)控制之所以?xún)?yōu)越于常規(guī)控制，多半依賴(lài)于那些針對(duì)過(guò)程模型所設(shè)計(jì)的最優(yōu)控制規(guī)律。如果過(guò)程模型不準(zhǔn)確，那么先進(jìn)控制的優(yōu)越性就體現(xiàn)不出來(lái)；如果過(guò)程模型未知，那么先進(jìn)控制就成了無(wú)源之木，失去了生命力。以在實(shí)際應(yīng)用中最有成效的預(yù)測(cè)控制為例，其優(yōu)越性是建立在輸出預(yù)測(cè)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)之上，而輸出預(yù)測(cè)依賴(lài)于過(guò)程模型，過(guò)程模型則必須通過(guò)建模試驗(yàn)和建模計(jì)算獲得 （這個(gè)建模試驗(yàn)和建模計(jì)算就包含了模型辨識(shí)技術(shù)）。預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行前必須置入對(duì)應(yīng)的過(guò)程模型，而且每過(guò)一段時(shí)間，需要修整已置入的過(guò)程模型。否則，模型的不準(zhǔn)確性將直接影響預(yù)測(cè)控制的品質(zhì)。所以，每個(gè)預(yù)測(cè)控制應(yīng)用成功案例都是建立在過(guò)程模型被準(zhǔn)確辨識(shí)的基礎(chǔ)上，而每個(gè)預(yù)測(cè)控制應(yīng)用不成功案例的主要原因則必然包括所依賴(lài)的過(guò)程模型不夠準(zhǔn)確。
其實(shí)，即便是在實(shí)際工程中應(yīng)用常規(guī)控制技術(shù)，也需要模型辨識(shí)技術(shù)來(lái)助力。例如，常見(jiàn)的 ＰＩＤ控制系統(tǒng)在投入實(shí)際運(yùn)行一段時(shí)間以后，也常常需要根據(jù)實(shí)際控制效果重新整定參數(shù)，因?yàn)檫^(guò)程模型的特性會(huì)由于設(shè)備老化、環(huán)境改變或負(fù)載改變而變化。這時(shí)，非常需要一種好用的模型辨識(shí)技術(shù)來(lái)助力，只要能夠辨識(shí)出過(guò)程模型參數(shù)，那么 ＰＩＤ控制器的參數(shù)重新整定工作就可輕松地完成。
遺憾的是，雖然辨識(shí)理論已有近 ６０年的發(fā)展歷史，但是讓控制工程師應(yīng)用起來(lái)還是十分困難。面對(duì)復(fù)雜的實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題，似乎成熟且豐富的辨識(shí)理論一下變得空洞和貧瘠起來(lái)，許多很基本的概念變得模糊不清。例如，按照辨識(shí)理論，辨識(shí)激勵(lì)信號(hào)至少應(yīng)該是被辨識(shí)系統(tǒng)的 ｎ階持續(xù)激勵(lì)信號(hào)；可是用一階的階躍信號(hào)做辨識(shí)激勵(lì)并獲得成功的案例比比皆是，難道辨識(shí)理論錯(cuò)了？再例如，按照傳統(tǒng)的辨識(shí)理論，閉環(huán)辨識(shí)存在可辨識(shí)性問(wèn)題，不滿(mǎn)足可辨識(shí)條件的閉環(huán)系統(tǒng)不應(yīng)該采用直接辨識(shí)方案；可是在實(shí)際工程中差不多都是采用直接辨識(shí)方案，并且許多系統(tǒng)也不滿(mǎn)足已提出的閉環(huán)可辨識(shí)條件。還有，實(shí)際工程中不存在純理論研究中假設(shè)的、純粹的干凈條件�，F(xiàn)實(shí)的條件不是純線(xiàn)性的，不是零均值的白噪聲，不是單變量的，不是開(kāi)環(huán)的，也不是零初值的等。所以，如果按照實(shí)際的現(xiàn)實(shí)條件來(lái)找對(duì)應(yīng)的辨識(shí)理論，那就找不到可用的理論了！即便能找到一些方法研究的文獻(xiàn)，看到一些成功應(yīng)用的案例，也往往只是特例理論，不可通用。
總之，已有的辨識(shí)理論在面對(duì)當(dāng)今的工程應(yīng)用實(shí)踐的需求時(shí)已經(jīng)顯得力不從Ⅲ心、指導(dǎo)乏力了。特別是在大數(shù)據(jù)分析盛行，機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等大力發(fā)展的年代、迫切需要發(fā)展更先進(jìn)的辨識(shí)理論和更實(shí)用的辨識(shí)技術(shù)，這就是本書(shū)寫(xiě)作的初心。當(dāng)然，本書(shū)只專(zhuān)注在閉環(huán)辨識(shí)工程應(yīng)用這個(gè)限定的領(lǐng)域內(nèi)做了一些力所能及的探索。
本書(shū)還可以看成是作者 《多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)控制器———設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用技術(shù)》和 《ＰＩＤ控制器參數(shù)整定方法及應(yīng)用》兩本書(shū)的延續(xù)。因?yàn)?《多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)控制器———設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用技術(shù)》一書(shū)提出了一種依賴(lài)于過(guò)程模型的先進(jìn)控制技術(shù)，《ＰＩＤ控制器參數(shù)整定方法及應(yīng)用》一書(shū)提出了依賴(lài)于過(guò)程模型的 ＰＩＤ控制器參數(shù)整定技術(shù)，而本書(shū) 《閉環(huán)過(guò)程辨識(shí)理論及應(yīng)用技術(shù)》正是提供了一種過(guò)程模型辨識(shí)的實(shí)用理論和技術(shù)。

楊平
２０１９年 ４月