Moân hoïc
MOÂ HÌNH HOÙA, NHAÄN DAÏNG VAØ MOÂ PHOÛNG
Giaûng vieân: Huyønh Thaùi Hoaøng
Boä moân Ñieàu Khieån Töï Ñoäng
Khoa Ñieän – Ñieän Töû
Ñaïi hoïc Baùch Khoa TP.HCM
Email:
[email protected]
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
1
Noäi dung moân hoïc
Chöông 1: Giôùi thieäu
Chöông 2: Moâ hình hoùa
Chöông 3: Nhaän daïng moâ hình khoâng tham soá
Chöông 4: Nhaän daïng moâ hình coù tham soá
Chöông 5: Ñaùnh giaù chaát löôïng moâ hình
Chöông 6:Thöïc hieän nhaän daïng heä thoáng
Chöông 7: Nhaän daïng heä thoáng kín
Chöông 8: Moâ phoûng
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
2
Taøi lieäu tham khaûo
[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. Hoàng - ÐHBK TPHCM
3
Chöông 1
GIÔÙI THIEÄU
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
4
Noäi dung chöông 1
Heä thoáng ñoäng vaø moâ hình
Moâ hình hoùa
Nhaän daïng heä thoáng
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
5
Heä thoáng ñoäng vaø moâ hình
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
6
Heä thoáng
Hệ thống là đối tượng trong đó các biến tương tác với
nhau tạo ra tín hiệu quan sát được (Ljung, 1999)
v(t)
w(t)
Heä thoáng
y(t)
u(t)
u: tín hiệu vào
y: tín hiệu ra
w: nhiễu đo được
v: nhiễu không đo được
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
7
Heä thoáng ñoäng
Hệ thống động là hệ thống trong đó tín hiệu ra không chỉ
phụ thuộc vào tín hiệu vào ở hiện tại mà còn phụ thuộc
vào tín hiệu ra và tín hiệu vào trong quá khứ.
Quan heä vaøo ra cuûa heä thoáng ñoäng coù theå moâ taû baèng
phöông trình vi phaân (heä lieân tuïc) hoaëc phöông trình sai
phaân (heä rôøi raïc).
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
8
Moâ hình
Moâ hình cuûa moät heä thoáng laø quan heä giaû thieát
(assumed relationship) giöõa caùc tín hieäu quan saùt ñöôïc
cuûa heä thoáng ñoù.
Moâ hình toaùn hoïc laø (caùc) bieåu thöùc toaùn hoïc moâ taû
quan heä vaøo ra cuûa heä thoáng
MH trong miền thời gian – MH trong miền tần số
MH liên tục – MH rời rạc
MH tuyến tính – MH phi tuyến
MH tham số – MH không tham số,…
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
9
Caùch xaây döïng moâ hình toaùn hoïc
Mô hình toán học xây dựng bằng cách
Mô hình hóa (System Modeling)
Nhận dạng hệ thống (System Identification)
Kết hợp mô hình hóa và nhận dạng hệ thống
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
10
ÖÙng duïng cuûa moâ hình
Thieát keá heä thoáng
Moâ phoûng
Döï baùo
Phaùt hieän, chuaån ñoaùn loãi
Toái öu hoùa
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
11
Moâ hình hoùa
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
12
Moâ hình hoùa
Moâ hình hoùa laø phöông phaùp xaây döïng moâ hình toaùn
cuûa heä thoáng baèng caùch döïa vaøo caùc qui luaät vaät lyù chi
phoái hoaït ñoäng cuûa heä thoáng
Ba bước mô hình hóa:
Phân tích chức năng: phân tích hệ thống thành các
khối chức năng, trong đó mô hình toán của các khối
chức năng đã biết hoặc có thể rút ra được dựa vào các
qui luật vật lý.
Phân tích vật lý: rút ra mô hình toán của các khối
chức năng dựa vào các qui luật vật lý.
Phân tích toán học: các khối chức năng được kết nối
toán học để được mô hình của hệ thống.
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
13
Moâ hình hoùa
Phöông phaùp moâ hình hoùa chæ coù theå aùp duïng khi ta ñaõ
bieát roõ caáu truùc cuûa heä thoáng vaø caùc qui luaät vaät lyù chi
phoái hoaït ñoäng cuûa heä thoáng.
Caùc ñònh luaät vaät lyù
Ñieän
Cô
hoïc
Nhieät
Löu
chaát loûng
Löu
chaát khí
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
14
Thí duï moâ hình hoùa
Ñoäng cô DC lieân keát vôùi taûi qua khôùp noái meàm
Sô ñoà khoái
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
15
Thí duï moâ hình hoùa
Sô ñoà töông ñöông
Caùc phöông trình vi phaân ruùt ra töø caùc ñònh luaät vaät lyù
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
16
Nhaän daïng heä thoáng
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
17
Nhaän daïng heä thoáng
Nhận dạng hệ thống là phương pháp xây dựng mô hình
toán của hệ thống dựa vào dữ liệu vào ra quan sát được.
ν (t)
u(t)
Heä thoáng
Moâ hình
11 September 2005
y(t)
ŷ(t,θ)
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
18
Caùc böôùc nhaän daïng heä thoáng
Bốn bước nhận dạng hệ thống:
Thí nghiệm thu thập số liệu
Chọn cấu trúc mô hình
Ước lượng thông số
Đánh giá mô hình
11 September 2005
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
19
Thoâng tin bieát tröôùc veà heä thoáng: caùc qui
luaät vaät lyù, caùc phaùt bieåu ngoân ngöõ, …
Voøng laëp nhaän daïng heä thoáng
Thí nghieäm thu
thaäp döõ lieäu
Xöû lyù sô
boä döõ lieäu
Choïn caáu truùc
moâ hình
Choïn tieâu chuaån
öôùc löôïng
Öôùc löôïng thoâng soá
Khoâng toát ⇒ xeùt laïi
thoâng tin bieát tröôùc
11 September 2005
Ñaùnh giaù
moâ hình
Khoâng toát ⇒ laëp laïi
Toát ⇒ chaáp nhaän moâ hình
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
20