Mô hình hóa và nhận dạng hệ thống - Chương 1

Xác định ngõ vào, ngõ ra của hệ thống cần nhận dạng ⇒ xác định tín hiệu “kích thích“ để thực hiện thí nghiệm thu thập số liệu và vị trí đặt cảm biến để đo tín hiệu ra. Chọn tín hiệu

MƠ HÌNH HĨA VÀ NHẬN DẠNG HỆ THỐNG

Giảng viên: TS Huỳnh Thái Hồng

Bộ mơn Điều Khiển Tự Động, Khoa Điện – Điện Tử

Đại học Bách Khoa TP.HCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn,

hthoang.hcmut@yahoo.com Homepage: http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/

Môn học

Mục tiêu : Môn học trang bị cho học viên kiến thức để giải quyết bài toán xây dựng

mô hình toán học của hệ thống động bằng phương pháp mô hình hóa và nhận dạng hệ thống

Số tiết : 30 LT + 15 TL

‘ Chương 1: Giới thiệu

‘ Chương 2: Mô hình hóa

‘ Chương 3: Nhận dạng mô hình không tham số

‘ Chương 4: Cấu trúc mô hình có tham số

‘ Chương 5: Các thuật toán ước lượng tham số

‘ Chương 6: Đánh giá mô hình

‘ Chương 7: Thực hiện nhận dạng hệ thống

‘ Chương 8: Nhận dạng hệ thống kín

Tiểu luận : Nghiên cứu các ứng dụng mô hình hóa và nhận dạng

Giới thiệu môn học

‘ Bài tập: 40%

‘ Tiểu luận: 20%

‘ Thi cuối khóa: 40%

[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] Huỳnh Thái Hoàng, Bài giảng Mô hình hóa và nhận dạng hệ thống, http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/

GIỚI THIỆU

‘ Hệ thống động và mô hình

‘ Mô hình hóa

‘ Nhận dạng hệ thống

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

Hệ thống động

Hệ thống động (Dynamic System) là hệ thống trong đĩtín 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 trongquá khứ

Quan hệ vào ra của hệ thống động có thể mô tả bằngphương trình vi phân (hệ liên tục) hoặc phương trình saiphân (hệ rời rạc)

Đối tượng khảo sát của môn học này là hệ thống động

Mô hình

‘ Mô hình (model) của một hệ thống là quan hệ giả thiết(assumed relationship) giữa các tín hiệu quan sát đượccủa hệ thống đó

‘ Mô hình toán học là (các) biểu thức toán học mô tảquan 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,…

Cách xây dựng mô hình toán học

Mơ hình tốn học xây dựng bằng cách:

‘ Mơ hình hĩa (System Modeling)

ŽMơ hình hộp trắng (white-box model)

Ứng dụng của mô hình

‘ Thiết kế hệ thống

‘ Mô phỏng

‘ Dự báo

‘ Đo lường

‘ Phát hiện, chuẩn đoán lỗi

‘ Tối ưu hóa

Mô hình hóa

Mô hình hóa

‘ Mô hình hóa là phương pháp xây dựng mô hình toáncủa 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 cáckhối chức năng, trong đĩ mơ hình tốn của các khốichức năng đã biết hoặc cĩ thể rút ra được dựa vào cácqui luật vật lý

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

ŽPhân tích tốn học: các khối chức năng được kết nốitốn học để được mơ hình của hệ thống

Mô hình hóa

‘ Phương pháp mô hình hóa chỉ có thể áp dụng khi ta đãbiết 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

‘ Sơ đồ khối

‘ Động cơ DC liên kết với tải qua khớp nối mềm

Thí dụ mô hình hóa

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

‘ Sơ đồ tương đương

Nhận dạng hệ thống

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

Vòng lặp nhận dạng hệ thống

Thí nghiệm thu thập dữ liệu

ngữ, … bộ dữ liệuXử lý sơ

Chọn cấu trúc mô hình

Chọn tiêu chuẩn ước lượng Ước lượng thông số

Đánh giá

‘ Lý thuyết tín hiệu (tín hiệu, nhiễu, năng lượng, côngsuất,…)

‘ 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)

Thí dụ nhận dạng hệ thống

‘ Nhận dạng hệ thống sưởi dùng

năng lượng mặt trời

Thí dụ nhận dạng hệ thống