系统辨识基础课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号：AS33105
课程名称：系统辨识基础
英文名称：Fundamentals of System Identification
课程学时： 32 讲课学时：20 实验学时： 上机学时： 12 习题学时：
课程学分：2
开课单位：航天学院控制与仿真中心
授课对象：自动化、探测制导与控制技术专业本科生
开课学期：3春
先修课程：高等数学、线性代数、概率论与数理统计、系统建模与仿真基础、自动控制原理
二、课程目标
《系统辨识基础》是工科高等学校自动化类专业的一门选修课，应用范围广泛，在培养学生控制系统建模和综合设计等方面具有重要作用。
本课程的主要任务是通过课堂教学和上机实验等环节培养学生的创新意识和能力以及自动控制科学知识的应用能力，支撑专业学习成果中相应指标点的达成。
课程目标要求如下：
（1）掌握系统辨识基本原理、过程及方法，能够进行控制系统对象的实验建模；
（2）掌握系统辨识实验方法，能够体验从辨识信号产生、数据采集处理、模型结构参数辨识到完整数学模型实现的整个系统辨识过程；
（3）引导学生利用信息技术获取文献、公开的代码等资源，逐步具有解决控制系统结构和参数辨识的能力。
三、课程目标与毕业要求对应关系
毕业要求 | 毕业要求指标点 | 课程目标 |
1 工程知识 | 1-1能运用数学和自然科学对自动化领域复杂工程问题中的系统进行机理或实验建模。 | 课程目标1 |
4 研究 | 4-1 能基于科学原理并采用科学方法，设计适当的实验，对自动化相关领域中的系统进行模型辨识、参数或状态估计。 | 课程目标2 |
5使用现代工具 | 5-3 能够利用信息技术工具获取文献、公开的代码或数据库等资源，用以解决复杂工程问题。 | 课程目标3 |
四、课程目标与课程内容对应关系
序号 | 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学方式 | 对应课程 目标 |
1 | 1 绪论 （1）课程目的及主要内容 （2）系统辨识的定义、分类和研究步骤 （3）系统辨识发展历程及现状 | 1.了解本课程研究的对象、内容； 2.掌握系统辨识的基本概念和步骤； 3.了解系统辨识的发展历程及现状。 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
2 | 2系统辨识常用输入信号 （1）系统辨识输入信号的选择准则 （2）常用输入信号介绍 （3）M序列的产生方法及主要性质 | 1.掌握系统辨识输入信号的选择准则 2.掌握M序列的产生方法及性质 | 4 | 讲授 | 课程目标1课程目标2 |
3 | 上机实验1 白噪声、M序列的产生 | 1.掌握和理解系统辨识常用输入信号的产生方法及过程 2.培养实践动手能力 | 4 | 上机实验 | 课程目标1课程目标3 |
4 | 3经典辨识方法 （1）阶跃响应法 （2）相关分析法 （3）脉冲响应求系统传递函数方法 | 1.掌握相关分析法辨识的原理 2.掌握相关分析法的实现 | 4 | 讲授 | 课程目标1 课程目标2 |
5 | 上机实验2 相关分析法辨识脉冲响应 | 1.掌握相关分析法原理及应用过程 2.培养运用所学知识解决实际问题的能力 | 4 | 上机实验 | 课程目标2 课程目标3 |
6 | 4最小二乘类辨识方法 （1）基本最小二乘估计算法 （2）一种不需矩阵求逆的最小二乘法 （3）递推最小二乘法 （4）改进最小二乘辨识方法 | 1.掌握基本最小二乘辨识方法原理 2.掌握递推最小二乘法的原理 3.掌握基本最小二乘法存在的问题及改进策略 | 6 | 讲授 | 课程目标1 |
7 | 上机实验3 递推最小二乘法辨识参数 | 1.掌握递推最小二乘法原理及参数辨识过程 2.培养运用所学知识解决实际问题的能力 | 4 | 上机实验 | 课程目标2 课程目标3 |
8 | 5 极大似然法辨识 | 1.掌握极大似然法辨识的基本原理 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
9 | 6 系统结构辨识 （1）残差方差定阶方法 （2）Akaike信息准则方法 7 总复习 | 1.掌握模型阶次确定的基本方法 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
五、课程教学方法
1. 课堂讲授
1.1 采用启发式教学，通过提问和互动激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。
1.2 采用教学模型、CAI 课件、网络视频等多种辅助方式增强教学的直观性，提高课堂教学信息量，同时加深同学们的理解。
2. 上机实验
上机实验教学是本课程的重要组成部分之一，目的是通过实践环节培养学生们运用实验方法研究解决电气类复杂工程问题的能力。课程设置了上机实验3个，分别是白噪声和M序列的产生、相关分析法辨识系统脉冲响应、递推最小二乘法辨识系统参数，要求学生按照实验指导书独立完成。
最后，按照实验指导书要求完成各实验报告并提交。
六、课程考核方法
考核环节 | 所占分值 | 考核与评价细则 | 对应课程目标 |
作业 | 10 | （1）主要考核学生对主要知识点的复习、理解和掌握程度； （2）每次作业按10分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。 | 课程目标1 |
上机实验 | 30 | （1）主要考核学生对系统辨识过程的理解能力和动手能力。 （2）根据每个实验的实验情况和实验报告质量单独评分，每个实验满分10 分，此环节包括三个实验，共计30分； | 课程目标2 课程目标3 |
期末考试 | 60 | （1）卷面成绩60分，以卷面成绩直接计入课程总评成绩； （2）主要考核系统辨识概念、输入信号产生方法、最小二乘法辨识原理、参数及结构辨识实现方法等内容，考试题型为简答题、计算题、分析题、编程题等。对应课程目标1的试题占40%左右，对应课程目标2的试题占60%左右。 | 课程目标1 课程目标2 |
七、主要教材与参考书
1.方崇智、萧德云.过程辨识.清华大学出版社. 1994年.
2.李言俊、张科.系统辨识理论及应用.国防工业出版社. 2002年.
3.李鹏波、胡德文.系统辨识基础.中国水利水电出版社. 2006年.
大纲撰写人： 李伟 大纲审核人：朱奕
