Bài giảng Mô hình hóa, nhận dạng và mô phỏng - Chương 1: Giới thiệu - Huỳnh Thái Hoàng

pdf 23 trang phuongnguyen 140
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mô hình hóa, nhận dạng và mô phỏng - Chương 1: Giới thiệu - Huỳnh Thái Hoàng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mo_hinh_hoa_nhan_dang_va_mo_phong_chuong_1_gioi_th.pdf

Nội dung text: Bài giảng Mô hình hóa, nhận dạng và mô phỏng - Chương 1: Giới thiệu - Huỳnh Thái Hoàng

  1. Môn học MÔMÔ HÌNHHÌNH HÓA,HÓA, NHẬNNHẬN DẠNGDẠNG VÀVÀ MÔMÔ PHỎNGPHỎNG Giảng viên: Huỳnh Thái Hoàng Bộ môn Điều Khiển Tự Động Khoa Điện – Điện Tử Đại học Bách Khoa TP.HCM Email: hthoang@dee.hcmut.edu.vn 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 1
  2. Nội dung môn học ‘ Chương 1: Giới thiệu ‘ Chương 2: Mô hình hóa ‘ Chương 3: Nhận dạng mô hình không tham số ‘ Chương 4: Nhận dạng mô hình có tham số ‘ Chương 5: Đánh giá chất lượng mô hình ‘ Chương 6:Thực hiện nhận dạng hệ thống ‘ Chương 7: Nhận dạng hệ thống kín ‘ Chương 8: Mô phỏng 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 2
  3. Tài liệu tham khảo [1] L. Ljung , System Identification – Theory for the users, 2nd Edition, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1999. [2] R. Johansson, System Modeling and Identification, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1993. [3] D. L. Smith, Introduction to Dynamic Systems Modeling for Design, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1994. [4] B.S. Bennett, Simulation Fundamental, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1995. 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 3
  4. Chương 1 GIỚIGIỚI THIỆUTHIỆU 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 4
  5. Nội dung chương 1 ‘ Hệ thống động và mô hình ‘ Mô hình hóa ‘ Nhận dạng hệ thống 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 5
  6. HệHệ thốngthống độngđộng vàvà mômô hìnhhình 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 6
  7. Hệ thống Hệ thống là đối tượng trong đĩ các biến tương tác với nhau tạo ra tín hiệu quan sát được (Ljung, 1999) v(t) w(t) y(t) Hệ thống u(t) u: tín hiệu vào y: tín hiệu ra w: nhiễu đo được v: nhiễu khơng đo được 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 7
  8. Hệ thống động Hệ thống động là hệ thống trong đĩ tín hiệu ra khơng chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào ở hiện tại mà cịn phụ thuộc vào tín hiệu ra và tín hiệu vào trong quá khứ. Quan hệ vào ra của hệ thống động có thể mô tả bằng phương trình vi phân (hệ liên tục) hoặc phương trình sai phân (hệ rời rạc). 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 8
  9. Mô hình ‘ Mô hình của một hệ thống là quan hệ giả thiết (assumed relationship) giữa các tín hiệu quan sát được của hệ thống đó. ‘ Mô hình toán học là (các) biểu thức toán học mô tả quan hệ vào ra của hệ thống Ž MH trong miền thời gian – MH trong miền tần số Ž MH liên tục – MH rời rạc Ž MH tuyến tính – MH phi tuyến Ž MH tham số – MH khơng tham số, 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 9
  10. Cách xây dựng mô hình toán học Mơ hình tốn học xây dựng bằng cách ‘ Mơ hình hĩa (System Modeling) ‘ Nhận dạng hệ thống (System Identification) ‘ Kết hợp mơ hình hĩa và nhận dạng hệ thống 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 10
  11. Ứng dụng của mô hình ‘ Thiết kế hệ thống ‘ Mô phỏng ‘ Dự báo ‘ Phát hiện, chuẩn đoán lỗi ‘ Tối ưu hóa 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 11
  12. MôMô hìnhhình hóahóa 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 12
  13. Mô hình hóa ‘ Mô hình hóa là phương pháp xây dựng mô hình toán của hệ thống bằng cách dựa vào các qui luật vật lý chi phối hoạt động của hệ thống ‘ Ba bước mơ hình hĩa: Ž Phân tích chức năng: phân tích hệ thống thành các khối chức năng, trong đĩ mơ hình tốn của các khối chức năng đã biết hoặc cĩ thể rút ra được dựa vào các qui luật vật lý. Ž Phân tích vật lý: rút ra mơ hình tốn của các khối chức năng dựa vào các qui luật vật lý. Ž Phân tích tốn học: các khối chức năng được kết nối tốn học để được mơ hình của hệ thống. 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 13
  14. Mô hình hóa ‘ Phương pháp mô hình hóa chỉ có thể áp dụng khi ta đã biết rõ cấu trúc của hệ thống và các qui luật vật lý chi phối hoạt động của hệ thống. ‘ Các định luật vật lý Ž Điện Ž Cơ học Ž Nhiệt Ž Lưu chất lỏng Ž Lưu chất khí 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 14
  15. Thí dụ mô hình hóa ‘ Động cơ DC liên kết với tải qua khớp nối mềm ‘ Sơ đồ khối 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 15
  16. Thí dụ mô hình hóa ‘ Sơ đồ tương đương ‘ Các phương trình vi phân rút ra từ các định luật vật lý 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 16
  17. NhậnNhận dạngdạng hệhệ thốngthống 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 17
  18. Nhận dạng hệ thống ‘ Nhận dạng hệ thống là phương pháp xây dựng mơ hình tốn của hệ thống dựa vào dữ liệu vào ra quan sát được. ν (t) u(t) y(t) Hệ thống Mô hình ŷ(t,θ) 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 18
  19. Các bước nhận dạng hệ thống Bốn bước nhận dạng hệ thống: ‘ Thí nghiệm thu thập số liệu ‘ Chọn cấu trúc mơ hình ‘ Ước lượng thơng số ‘ Đánh giá mơ hình 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 19
  20. Vòng lặp nhận dạng hệ thống Thí nghiệm thu thập dữ liệu Xử lý sơ bộ dữ liệu Chọn cấu trúc mô hình Chọn tiêu chuẩn ước lượng Ước lượng thông số luật vật lý, các phát biểu ngôn ngữ, luật vật lý, các phát biểu ngôn Thông tin biết trước về hệ thống: các qui Thông tin biết trước về hệ thống: Đánh giá mô hình Không tốt ⇒ lặp lại Không tốt ⇒ xét lại thông tin biết trước Tốt ⇒ chấp nhận mô hình 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 20
  21. Kiến thức liên quan đến nhận dạng hệ thống ‘ Lý thuyết tín hiệu (tín hiệu, nhiễu, năng lượng, công suất, ) ‘ Xác xuất thống kê (xác xuất, kỳ vọng, phương sai, ) ‘ Đại số tuyến tính (các phép tính trên ma trận) ‘ Phương pháp tính (tối ưu hóa dùng phương pháp số) 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 21
  22. Thí dụ nhận dạng hệ thống ‘ Nhận dạng hệ thống sưởi dùng năng lượng mặt trời 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 22
  23. Thí dụ nhận dạng hệ thống 11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 23