A fekete doboz modellstruktúra választása egyrészt a modellstruktúra-osztály megválasztását, másrészt az osztályon belüli tényleges struktúra kijelölését jelenti. A struktúra-osztály rögzítésekor azt határozzuk meg, hogy a regresszor milyen argumentumokból áll. Beszélhetünk olyan rendszerről, ahol a regresszor csak a régebbi bemeneti értékekből áll, de olyan rendszerről is, ahol a régebbi bemeneti értékek mellett figyelembe vehetjük a régebbi kimeneti értékeket is. A lineáris dinamikus rendszerek bemenet-kimenet reprezentáció (input-output representation) alapján történő csoportosításához [Lju99], [Sjö95] hasonlóan nemlineáris dinamikus rendszereknél az alábbi főbb modellstruktúra-osztályok megkülönböztetése célszerű:
. (8.3)
Az NFIR modellek a lineáris véges impulzusválaszú (FIR) szűrők nemlineáris megfelelőjeként olyan előrecsatolt modellek, ahol az emlékezetet a bemenetek régebbi értékeinek tárolása biztosítja.
(8.4)
A NARX modell a lineáris külső gerjesztéssel ellátott autoregresszív (ARX, Auto-Regressive with eXogenous inputs) modell nemlineáris megfelelője. Valójában a NARX modell is előrecsatolt struktúra annak ellenére, hogy a leképezésben a régebbi kimeneti értékek is szerepelnek bemenetként. A kimeneti értékek azonban nem a modell régebbi kimenetei, hanem a kívánt válasz, a modellezendő rendszer kimenetének régebbi értékei. Ezért ezt a modell-struktúrát szokás soros-párhuzamos(series-parallel) struktúrának is nevezni [Nar89].
. (8.5)
A NOE modell már igazi visszacsatolt rendszer, hiszen itt a kimenet pillanatnyi értékének meghatározásánál a modell-kimenet régebbi értékeit is felhasználjuk. A NOE elnevezés a lineáris OE (output error) struktúra elnevezéséből származik. A NOE struktúraosztályt a NARX modellnél használt soros-párhuzamos elnevezés mintájára párhuzamos(parallel) modell-osztálynak is szokás nevezni [Nar89].
(8.6)
A hiba régebbi értékeinek figyelembevétele miatt ez is visszacsatolt modell annak ellenére, hogy a modell régebbi kimeneti értékei bemenetként nem szerepelnek.
(8.7)
tehát a regresszorban a már definiált
értékeken kívül újabb hibaértékek is szerepelnek:
.
-t egy olyan modell kimenetén nyerjük, ahol a (8.7) által megadott regresszorvektorban ε és εx helyére nullákat írunk.
A fenti modellosztályok mind bemenet-kimenet reprezentációt használnak, továbbá egy bemenetet és egy kimenetet tételeznek fel (single-input−single-output, SISO rendszerek). Kiterjesztésük több-bemenetű−több-kimenetű rendszerekre viszonylag természetes módon megtörténhet.
Rendszermodellezésnél a bemenet-kimenetreprezentációkon kívül gyakran alkalmazzuk az állapotváltozósleírást (state-space representation). Több-bemenetű−több-kimenetű rendszert feltételezve ekkor a nemlineáris dinamikus kapcsolatot az alábbi formában adjuk meg:
(8.8)
ahol u(k) az állapotvektor (melynek komponensei az állapotváltozók), x(k) a bemeneti vektor, f(.) a következő állapotot meghatározó nemlineáris vektorfüggvény, y(k) a nemlineáris dinamikus rendszer kimeneti vektora, g(.) a kimenetet meghatározó nemlineáris függvény, b1(k) és b2(k) pedig zajvektorok.
Sok esetben a fenti általánosabb állapotváltozós kapcsolat helyett az alábbi egyszerűbbet tételezzük fel:
(8.9)
ahol C a kimenetet meghatározó mátrix. Ez utóbbi esetben a kimenetek a belső állapotok lineáris függvényei[].
A fenti modellosztályok eltérő szerepű és számú paramétert tartalmaznak. Az általános regressziós kapcsolatot megfogalmazó (8.1) összefüggésben
egy adott modellosztály összes paraméterét képviseli.
A bemutatott reprezentációs lehetőségek közötti választás csak a modellstruktúra-osztály megválasztását jelenti. Egy konkrét feladatnál a modellosztályon belül a tényleges modellstruktúra megválasztására, tehát a modellben szereplő paraméterek számának a meghatározására is szükség van. Ez input-output reprezentációnál a regresszorvektorban a
paramétervektor komponensei számának, tehát a régebbi bemeneti minták és megfelelő esetben a régebbi kimeneti értékek és hibaértékek számának meghatározását jelenti. Nemlineáris dinamikus rendszerek modellezésénél − de lineáris rendszerek modellezésénél is − talán a legnehezebb feladat a modellstruktúra-osztály és a modell fokszámának, vagyis a paraméterek számának a meghatározása. A modell-struktúra megválasztásának szempontjait és a modell-fokszám meghatározásnak néhány fontos módszerét a fejezet későbbi részében foglaljuk össze röviden.