Mô Hình Hóa Nhận Dạng và Mô Phỏng - Chương 1

Tài liệu tham khảo bài giảng mô hình hóa, Nhận dạng và mô phỏng bộ môn điều khiển tự động Khoa điện - điện tử -

MÔ HÌNH HÓA, NHẬN DẠNG VÀ MÔ PHỎNG

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

Môn học

11 September 2005 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 2

‘ 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

Nội dung môn học

[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

Tài liệu tham khảo

11 September 2005 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 4

GIỚI THIỆU

Chương 1

‘ Hệ thống động và mô hình

‘ Mô hình hóa

‘ Nhận dạng hệ thống

Nội dung chương 1

11 September 2005 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 6

Hệ thống động và mô hình

y(t)

u: tín hiệu vào y: tín hiệu ra w: nhiễu đo được v: nhiễu không đo được

11 September 2005 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 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)

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

ŽMH trong miền thời gian – MH trong miền tần số

ŽMH liên tục – MH rời rạc

ŽMH tuyến tính – MH phi tuyến

ŽMH tham số – MH khơng tham số,…

11 September 2005 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 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

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 12

Mô hình hóa

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:

ŽPhân 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

ŽPhân tích vật lý: rút ra mơ hình tốn của các khối chức năng dựa vào các qui luật vật lý

ŽPhân 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 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

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 16

Thí dụ mô hình hóa

‘ Sơ đồ tương đương

‘ Các phương trình vi phân rút ra từ các định luật vật lý

Nhận dạng hệ thống

11 September 2005 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 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

Các bước nhận dạng hệ thống

11 September 2005 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 20

Vòng lặp nhận dạng hệ thống

Thí nghiệm thu thập dữ liệu

Thông tin biết trước về hệ thống: các qui luật vật lý, các phát biểu ngôn ngữ, …

Tốt ⇒ chấp nhận mô hình

Không tốt ⇒ lặp lại Không tốt ⇒ xét lại

thông tin biết trước

Xử lý sơ bộ dữ liệu

Chọn cấu trúc mô hình

Chọn tiêu chuẩn ước lượng Ước lượng thông số

Đánh giá mô hình

‘ 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 22

Thí dụ nhận dạng hệ thống

‘ Nhận dạng hệ thống sưởi dùng

năng lượng mặt trời

Thí dụ nhận dạng hệ thống