Bài giảng Mô hình hóa, nhận dạng và mô phỏng - Chương I: Giới thiệu

Moân hoïc Moân hoïc

MOÂ HÌNH HOÙA, NHAÄN DAÏNG VAØ MOÂ PHOÛNG 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: hthoang@dee.hcmut.edu.vn

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 1

Noäi dung moân hoïc Noäi dung moân hoïc

(cid:145) Chöông 1: Giôùi thieäu

(cid:145) Chöông 2: Moâ hình hoùa

(cid:145) Chöông 3: Nhaän daïng moâ hình khoâng tham soá

(cid:145) Chöông 4: Nhaän daïng moâ hình coù tham soá

(cid:145) Chöông 5: Ñaùnh giaù chaát löôïng moâ hình

(cid:145) Chöông 6:Thöïc hieän nhaän daïng heä thoáng

(cid:145) Chöông 7: Nhaän daïng heä thoáng kín

(cid:145) Chöông 8: Moâ phoûng

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 2

Taøi lieäu tham khaûo 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 Chöông 1

GIÔÙI THIEÄU GIÔÙI THIEÄU

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 4

Noäi dung chöông 1 Noäi dung chöông 1

(cid:145) Heä thoáng ñoäng vaø moâ hình

(cid:145) Moâ hình hoùa

(cid:145) Nhaän daïng heä thoáng

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 5

Heä thoáng ñoäng vaø moâ hình Heä thoáng ñoäng vaø moâ hình

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 6

Heä thoáng 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)

y(t)

Heä thoáng

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 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

(cid:145) Moâ hình cuûa moät heä thoáng laø quan heä giaû thieát (assumed relationship) giöõa caùc tín hieäu quan saùt ñöôïc cuûa heä thoáng ñoù.

(cid:145) Moâ hình toaùn hoïc laø (caùc) bieåu thöùc toaùn hoïc moâ taû

quan heä vaøo ra cuûa heä thoáng (cid:142) MH trong miền thời gian – MH trong miền tần số (cid:142) MH liên tục – MH rời rạc (cid:142) MH tuyến tính – MH phi tuyến (cid:142) MH tham số – MH không tham số,…

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 9

Caùch xaây döïng moâ hình toaùn hoïc Caùch xaây döïng moâ hình toaùn hoïc

Mô hình toán học xây dựng bằng cách

(cid:145) Mô hình hóa (System Modeling) (cid:145) Nhận dạng hệ thống (System Identification) (cid:145) Kết hợp mô hình hóa và nhận dạng hệ thống

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 10

ÖÙng duïng cuûa moâ hình ÖÙng duïng cuûa moâ hình

(cid:145) Thieát keá heä thoáng (cid:145) Moâ phoûng (cid:145) Döï baùo (cid:145) Phaùt hieän, chuaån ñoaùn loãi (cid:145) Toái öu hoùa

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 11

Moâ hình hoùa Moâ hình hoùa

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 12

Moâ hình hoùa Moâ hình hoùa

(cid:145) 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

(cid:145) Ba bước mô hình hóa:

(cid:142) 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.

(cid:142) Phân tích vật lý: rút ra mô hình toán của các khối

chức năng dựa vào các qui luật vật lý.

(cid:142) 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 Moâ hình hoùa

(cid:145) 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.

(cid:145) Caùc ñònh luaät vaät lyù

(cid:142) Ñieän

(cid:142) Cô hoïc

(cid:142) Nhieät

(cid:142) Löu chaát loûng

(cid:142) Löu chaát khí

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 14

Thí duï moâ hình hoùa Thí duï moâ hình hoùa

(cid:145) Ñoäng cô DC lieân keát vôùi taûi qua khôùp noái meàm

(cid:145) Sô ñoà khoái

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 15

Thí duï moâ hình hoùa Thí duï moâ hình hoùa

(cid:145) Sô ñoà töông ñöông

(cid:145) 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 Nhaän daïng heä thoáng

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 17

Nhaän daïng heä thoáng Nhaän daïng heä thoáng

(cid:145) 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)

y(t)

u(t)

Heä thoáng

Moâ hình

ŷ(t,θ)

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 18

Caùc böôùc nhaän daïng heä thoáng Caùc böôùc nhaän daïng heä thoáng

Bốn bước nhận dạng hệ thống:

(cid:145) Thí nghiệm thu thập số liệu

(cid:145) Chọn cấu trúc mô hình

(cid:145) Ước lượng thông số

(cid:145) Đánh giá mô hình

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 19

Voøng laëp nhaän daïng heä thoáng Voøng laëp nhaän daïng heä thoáng

Thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu

…

õ

ù

Xöû lyù sô boä döõ lieäu

â

á

i u q c a c : g n o h t

ä

å

e h

à

Choïn caáu truùc moâ hình

ù

ù

ù

á

Choïn tieâu chuaån öôùc löôïng

ù

ä

Öôùc löôïng thoâng soá

ä

â

, ö g n n o g n u e i b t a h p c a c , y l t a v t a u l

e v c ô ö r t t e i b n i t g n o h T

Ñaùnh giaù moâ hình

Khoâng toát ⇒ laëp laïi

Khoâng toát ⇒ xeùt laïi thoâng tin bieát tröôùc

Toát ⇒ chaáp nhaän moâ hình

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 20

ñeán nhaän daïng heä thoáng Kieán thöùc lieân quan ñeán nhaän daïng heä thoáng Kieán thöùc lieân quan

(cid:145) Lyù thuyeát tín hieäu (tín hieäu, nhieãu, naêng löôïng, coâng

suaát,…)

(cid:145) Xaùc xuaát thoáng keâ (xaùc xuaát, kyø voïng, phöông sai,…)

(cid:145) Ñaïi soá tuyeán tính (caùc pheùp tính treân ma traän)

(cid:145) Phöông phaùp tính (toái öu hoùa duøng phöông phaùp soá)

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 21

Thí duï nhaän daïng heä thoáng Thí duï nhaän daïng heä thoáng

(cid:145) Nhaän daïng heä thoáng söôûi duøng

naêng löôïng maët trôøi

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 22

Thí duï nhaän daïng heä thoáng Thí duï nhaän daïng heä thoáng

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 23