mô hình hóa chuong 1

- Quá trình phát triển KHKT đi theo các bước: => Quan sát đối tượngThu nhận TT =>Thực nghiệmXD mô hình => Nghiên cứu lý thuyếtPhân tích đánh giá =>Tổ chức SXÁp dụng vào ĐT * MHH là 1 phư

MÔ HÌNH HÓA

02 Tín chỉ (1,5LT + 0,5TH)

MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐiỀU KHIỂN

• Tài liệu tham khảo:

– Mô hình hóa hệ thống và mô phỏng – GS.TS

Nguyễn Công Hiền, TS Nguyễn Phạm Thục Anh

– Visual Basic toàn tập.

– Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự

động – PGS.TS Nguyễn Phùng Quang - NXB

KHKT.

• Nội dung

– C1: Vai trò của mô hình hóa hệ thống

– C2: Khái niệm cơ bản về mô hình hóa hệ thống. – C3: Phương pháp mô phỏng.

– C4: Mô phỏng hệ thống liên tục.

– C5: Mô hình hóa các hệ ngẫu nhiên.

– C6: Mô phỏng hệ thống hàng đợi.

– Ứng dụng Matlab Simulink mô phỏng các hệ

thống điều khiển tự động.

MÔ HÌNH HÓA

Chương 1: VAI TRÒ CỦA MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG

1 Khái niệm chung

- Trong nhiều lĩnh vực hoạt động của con người ta thấy phương pháp

mô hình hóa hệ thống có mặt với mức độ khác nhau

 Mô hình hóa là gì?

- Từ một sự kiện con người quan sát được  khó khăn khi phân tích nghiên cứu trực tiếp trên đối tượng thực => Xây dựng mô hình, nhưng

có đầy đủ tính chất so với đối tượng thực

- Ngày nay PP-MHH có ý nghĩa rất quan trọng trong điều khiển các hệ thống Kinh tế - Xã hội – Kỹ thuật

- Quá trình phát triển KHKT đi theo các bước:

=> Quan sát đối tượng(Thu nhận TT)

=>Thực nghiệm(XD mô hình)

=> Nghiên cứu lý thuyết(Phân tích đánh giá)

=>Tổ chức SX(Áp dụng vào ĐT)

* MHH là 1 phương pháp khoa học trợ giúp các bước nói trên.

1 Khái niệm chung

- PP – MHH phát triển mạnh từ thế chiến thứ 2 - ứng dụng MHH để mô phỏng và nghiên cứu các phản ứng hạt nhân trong quá trình chế tạo bom nguyên tử

- Nhờ có MHH có thể phân tích đánh giá tính chất của hệ thống Kết

quả mô phỏng dùng để thiết kế chế tạo cũng như xác định các thông

số vận hành của hệ thống

- Đối với các hệ thống phức tạp: Phi tuyến, tham số biến đổi theo thời gian khi PP giải tích gặp khó khăn ==> MHH là giải pháp tối ưu và duy nhất

- Với sự phát triển của máy tính điện tử  MHH và MP đã phát triển nhanh chóng và được ứng dụng trong các lĩnh vực KHKT và KHXH

2 Một số định nghĩa trong PP – MHH - MP

• Đối tượng:( Object ) là tất cả những sự vật, sự kiện mà hoạt động của con người có liên quan tới và cần nghiên cứu nó.

• Hệ thống ( System ) là tập hợp các đối tượng, sự kiện (con người, máy móc) mà giữa chúng có mối quan hệ nhất định

• Trạng thái của hệ thống ( State of system ) là tập hợp các biến số, tham số dùng để mô tả hệ thống tại một thời điểm và điều kiện nhất định

• Mô hình( Model ): Là một sơ đồ phản ánh đối tượng, hệ thống Con người dùng sơ đồ đó để nghiên cứu, thực nghiệm để tìm ra các quy luật hoạt động của đối tượng.

• Mô hình hóa( Modelling ) là việc thay thế đối tượng gốc bằng một mô hình để thu nhận những thông tin quan trọng của hệ thống thật sau đó trên cơ sở mô hình ta nghiên cứu phân tích tìm ra quy luật của đối tượng thay vì là phải tác động vào đối tượng thật.

2 Một số định nghĩa trong PP – MHH - MP

• Nếu các quá trình xảy ra trong mô hình đồng nhất với các thông số

chỉ tiêu của hệ thống thật thì khi đó chúng ta công nhận mô hình

đồng nhất với đối tượng và chúng ta có thể phân tích đánh giá mô hình để thu nhận các tham số khác của đối tượng thực

• Mô phỏng(Simulation, Imitation) là PP – MHH dựa trên việc xây dựng mô hình số(Numerical model) và PP số(Numerical method)

để tìm lời giải

• Trong quá trình mô hình hóa hệ thống thực để giảm bớt độ phức tạp, thuận tiện trong quá trình ứng dụng thực tế người ta thường dùng các mô hình gần đúng với đối tượng thực Tuy nhiên mô hình hóa là phương pháp khoa học rất hữu dụng cho các nhà khoa học nghiên cứu các đối tượng thực

3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống

Mô hình hóa là phương pháp nghiên cứu khoa học đang phát triển

và rất có triển vọng:

- Ở giai đoạn thiết kế - giúp lựa chọn cấu trúc, các thông số của hệ thống để tổng hợp hệ thống

- Ở giai đoạn vận hành - giúp người điều khiển giải các bài toán điều khiển tối ưu

- Khi mô hình hóa được kết hợp với hệ chuyên gia thì giúp chúng ta

có thể giải được nhiều bài toán điều khiển phức tạp, tiết kiệm được chi phí cũng như thời gian nghiên cứu

3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống

- Khi mô hình hóa người ta thường dùng 2 phương pháp đó là phương pháp giải tích và phương pháp mô phỏng

- Phương pháp giải tích: Là phương pháp tính toán các thông số

qua các phương trình của hệ thống có thể nhận được

- Phương pháp mô phỏng là mô phỏng lại đầy đủ các thông tin

của hệ thống thực Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi, cho kết quả có độ chính xác cao

3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống

- Phương pháp mô hình hóa được sử dụng trong các trường hợp:

a)Khi nghiên cứu hệ thống thực gặp nhiều khó khăn do nhiều nguyên nhân như:

- Giá thành nghiên cứu trên hệ thống thực quá đắt.

VD: Nghiên cứu độ bền và khả năng chống dao động của ôtô Khi đó ta phải tác động lên đối tượng những lực đủ lớn đến mức có thể phá hủy kết cấu để có thể đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra Như vậy giá thành nghiên cứu rất đắt trong khi mô hình hóa trên máy tính giúp chúng ta nghiên cứu đầy đủ và chi tiết các thông số đề ra và chi phí rất nhỏ

3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống

- Nghiên cứu trên hệ thống thực có thể gây gián đoạn quá trình hệ

thống thực hoặc gây nguy hiểm cho người hoặc thiết bị.

- VD: Nghiên cứu chế độ cháy trong lò nung của nhà máy nhiệt điện Khi đó để đánh giá đầy đủ các thông số của lò chúng ta phải thay đổi chế độ cấp liệu, thay đổi lưu lượng khí, áp suất… khi đó

sẽ ảnh hưởng đến các chế độ làm việc của nhà máy, có thể gây gián đoạn cấp điện của nhà máy, chất lượng điện không đảm bảo

3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống

- Nghiên cứu trên hệ thống thực có thể đòi hỏi trong một

khoảng thời gian rất dài.

- VD:Đánh giá tuổi thọ trung bình của hệ thống kỹ thuật hay quá trình phát triển dân số thông thường khoảng 30 – 40 năm Khi

đó nếu chờ trong khoảng thời gian dài thì kết quả nghiên cứu không còn tính thời sự nữa Khi đó ta chỉ cần xây dựng mô hình và cho hệ thống vận hành tương đương với khoảng thời gian tương đương là ta đã có thể nghiên cứu các thông số của hệ thống.

3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống

- Trong một số trường hợp đặc biệt không cho phép nghiên

cứu trên hệ thống thực.

- VD: Nghiên cứu các hệ thống làm việc trong môi trường độc hại, nguy hiểm, dưới hầm sâu, dưới đáy biển, trong vũ trụ

hay trên cơ thể người trên cơ thể người Khi đó phương pháp mô phỏng là giải pháp tối ưu để nghiên cứu hệ thống

3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống

- Phương pháp mô hình hóa được sử dụng trong các trường hợp:

b) PP - MHH cho phép đánh giá độ nhạy của hệ thống khi thay đổi tham số hoặc cấu trúc của hệ thống cũng như đánh giá phản ứng của hệ thống khi thay đổi tín hiệu điều khiển

-VD: Khi đã xây dựng được mô hình của lò nung trong nhà máy nhiệt điện thì khi ta thay đổi tín hiệu đầu vào là lưu lượng khí cấp thì khi đó nhiệt độ đầu ra của hệ cũng thay đổi

3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống

- Phương pháp mô hình hóa được sử dụng trong các trường hợp:

c) Phương pháp mô hình hóa cho phép nghiên cứu hệ thống ngay

cả khi chưa có hệ thống thực

Khi chưa có hệ thống thực thì nghiên cứu trên mô hình là biện pháp duy nhất để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống, lựa chọn cấu trúc, các thông số tối ưu của hệ thống

VD: trước khi xây dựng một nhà máy thủy điện lớn, người ta phải dùng phương pháp MHH để nghiên cứu, lựa chọn kết cấu và thông số kỹ thuật của đập chính của nhà máy