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系统辨识,才是工业智能的灵魂---朱豫才
模型即智能。所以系统辨识是工业智能的灵魂。
自从1983年8月去荷兰埃因霍温(Eindhoven)技术大学跟Pieter Eykhoff教授学习系统辨识,自己就一直做系统辨识的研究、开发和工业应用,已经整整40年。在欧洲学术界和工业界,40年做一件事很正常。一辈子做一件事的好处是:兴趣使然,心态平和,结果漂亮。幸运的是,当前人工智能、智能制造和工业数字化的兴起,给系统辨识提供了广阔的应用场景,系统辨识的美好前景(钱景?)看不到边。为了纪念自己搞系统辨识40年,写几篇文章科普一下。
系统辨识(system identification)在自动控制界的第一篇文章可能是这一篇短文:Lofti A. Zadeh (扎德) (1956). On the identification problem. IRE Transactions on Circuit Theory, pp. 277-281. 这篇文章简单定义了辨识以后,讨论了一类非线性系统的辨识问题。文中Zadeh教授给出的系统辨识的定义是:使用试验的手段确定一个黑箱的输入-输出关系(即模型)。
这里有两点很有意思。第一点是系统辨识的提出在1956年,这与提出人工智能(AI)是同一年。第二是提出系统辨识的人是大名鼎鼎的Zadeh教授,即模糊集合理论和模糊控制的创始人。同时,Zadeh教授还是最早提出模型预测控制(MPC)的学者之一。虽然Zadeh教授定义了系统辨识并写了第一篇文章,他的两篇被辨识学术界引用的文章主要是给出了系统辨识的定义,他本人并没有做很多深入全面的研究。
自动控制界为什么要研究系统辨识?动机很简单,因为控制需要模型。1960年前后,控制界有个梦想叫自适应控制。我曾经问Eykhoff教授为什么搞系统辨识。他说开始他要做自适应控制,发现建模问题没有解决,就计划先把辨识问题解决,然后接着搞自适应控制。谁想系统辨识越做越大,回不去了。瑞典的Ǻstrȍm开始时搞辨识,可能也是为了做自适应控制。后来让自己的两个弟子Sȍdertrȍm和Ljung继续做辨识,自己直接做自适应控制去了。
1960年代是系统辨识兴起的年代。各国学者,包括欧美、东欧和前苏联,同时提出了多种概念和方法。1967年,国际自动化联合会(IFAC)在布拉格召开了第一届系统辨识会议。从此以后每三年举行一次,直到现在。当时辨识领域是百花齐放,百家争鸣。但如此多的概念和方法有什么关联,很少有人说清楚,大家很是迷茫。这篇综述文章,K.J. Ǻstrȍm and P. Eykhoff (1971), System identification --- A survey. Automatica, Vol. 7, pp. 123-162,对系统辨识领域给出清晰而全面的叙述,基本把系统辨识说清楚了。几年后,Eykhoff教授出版了重头著作:P. Eykhoff (1974). System Identification: Parameter and State Estimation. John Wiley & Sons. 把系统辨识领域梳理得更清楚,被称为系统辨识领域的“圣经”。在美国,两位学者Box 和Jenkins出版了一本书Box and Jenkins (1970). Time Series Analysis, Forecasting and Control. Holden-Day. 这代表了美国学者对系统辨识的贡献。
要问谁是系统辨识的创始人,人太多无法回答。但是说Ǻstrȍm、Eykhoff、Box和Jenkins是重要的创始人代表,应该没问题。
现在很多人问我,系统辨识使用工业数据建模,跟当前流行的数据驱动和工业大数据是不是一回事?这个问题以后慢慢回答。
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