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对假定为三次自由衰减非线性系统的识别进行了理论研究。首先,对系统进行非线性分析得到振幅和频率的瞬时关系式。然后,通过引入Hilbert变换获得结构瞬时振幅和瞬时频率,针对Hilbert变换获得的瞬时频率抗噪音能力弱的缺点;基于自回归时间序列模型通过卡尔曼滤波获得结构瞬时频率。最后,通过已获得的瞬时频率、瞬时振幅及二者的关系式建立相应的回归模型,运用最小二乘法可以识别出非线性系统系数。通过数值算例模拟验证算法识别有效。研究为非线性系统的识别提供理论方法。