Bài giảng Phương pháp nghiên cứu khoa học - Bài 2: Thiết kế thí nghiệm (quy hoạch thực nghiệm)

Chia sẻ: Bạch Nhược Đông | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Phương pháp nghiên cứu khoa học - Bài 2: Thiết kế thí nghiệm (quy hoạch thực nghiệm) cung cấp cho học viên những kiến thức về giới thiệu quy hoạch thực nghiệm; phân loại sai số: sai số ngẫu nhiên, sai số lặp lại, sai số hệ thống; giới thiệu về các cách thiết kế thí nghiệm;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Phương pháp nghiên cứu khoa học - Bài 2: Thiết kế thí nghiệm (quy hoạch thực nghiệm)

Phương pháp nghiên cứu khoa học Phạm Đỗ Chung Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Cao học K28– Sư phạm Vật lí
́ §2 Thiêt kê ́ thí nghiẹ ̂m (quy hoạch thực nghiệm) • Giới thiệu về quy hoạch thực nghiệm • Phân loại sai số: • Sai số ngẫu nhiên • Sai số lặp lại • Sai số hệ thống • Giới thiệu về các cách thiết kế thí nghiệm PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Thực nghiệm là gì? Quá trình lặp đi lặp lại những bước thí nghiệm hoặc chuỗi những bước thí nghiệm với các thông số đầu vào thay đổi (được điều khiển một cách chủ động) của một hệ hoặc một quy trình để nhận được các kết quả đầu ra hoặc để tìm hiểu sự tương tác qua lại giữa chúng. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Mục đích Tối ưu: • Sự thành công của quá trình thực nghiệm. • Thu được tối đa thông tin và kết luận có ích bằng việc thu thập và xử lí số liệu. Tối giản: • Hạn chế các kết quả không mong muốn do điều kiện ngoại cảnh • Giảm chi phí tiến hành thí nghiệm. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Nghiên cứu quan sát vs Thiết kế thí nghiệm • Ít tác động tới các • Cô lập và điều khiển tham số đầu vào các tham số đầu vào • Chỉ quan sát sự thay có ảnh hưởng tới kết đổi kết quả quả • Tìm hiểu tham số • Làm rõ mối quan hệ đầu vào tác động lên nhân quả giữa tham kết quả như thế nào số đầu vào và kết chứ không tìm hiểu quả thí nghiệm nguyên nhân. Sự liên hệ ≠ Quan hệ nhân quả PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
Thí nghiệm Biến không điều khiển được nhưng đo được Biến điều khiển và đo SYSTEMS Kết được quả Biến không đo, không điều khiển được PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Nguyên tắc của việc thiết kế thí nghiệm • Liệt kê tất cả các tham số đầu vào trước khi tiến hành thực nghiệm và thu thập dữ liệu • Giảm thiểu tác động của các tham số không điều khiển được lên kết quả thí nghiệm • Khuyếch đại hoặc tăng cường sự phụ thuộc của dữ liệu (kết quả) vào các tham số điều khiển được PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Các thí nghiệm khoa học Biến điều Kết quả khiển và SYSTEMS (Hàm đo được mục tiêu) • Không thay đổi điều kiện làm thí nghiệm, nhằm loại bỏ hoàn toàn các yếu tố ảnh hưởng không mong muốn (biến ngẫu nhiên cũng như biến chỉ quan sát được). • Luôn lưu đầy đủ các thông số có thể kiểm tra được của thí nghiệm PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Ba Nguyên Tắc Cơ Bản Của Việc Thiết Kế Thí Nghiệm • NGẪU NHIÊN HÓA • LẶP LẠI (DỰ ĐOÁN ĐƯỢC) • KIỂM SOÁT (CÔ LẬP) LỖI PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Biến đầu vào của thí nghiệm • Loại bỏ các biến không cần thiết (phụ thuộc vào hiểu biết về đối tượng thực nghiệm) • Chọn lựa các biến đầu vào cần khảo sát để xây dựng ma trận kế hoạch thực nghiệm Các thí nghiệm vật lí thường các hệ số có thể nhận giá trị trong một khoảng nào đó. Có vô số điểm thực nghiệm trong miền qui hoạch Chọn những giá trị rời rạc của biến đầu vào PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
2 biến đầu vào, n lặp lại thí nghiệm Hệ số A 1 2 … j … a 1 … … … … … … 2 … … … … … … … … … … … … … Hệ số B i … … … yijk … … … … … … … … … n lần b … … … … … …
Các nguyên tắc chọn giá trị đầu vào • Chỉ thay đổi giá trị 1 biến trong khi giữ nguyên các biến còn lại. • Sự phân bố các giá trị cần được tìm hiểu trước. • Làm phức tạp dần mô hình (mối quan hệ giữa biến đầu vào và kết quả) • Đối chứng với nhiễu và bước thay đổi phải lớn hơn giới hạn đo của thiết bị. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Hàm mục tiêu Khi thay đổi các biến đầu vào sẽ tác động lên đối tượng của thí nghiệm tuy nhiên sự thay đổi nội tại bên trong đối tượng được biểu hiện ra bên ngoài bởi nhiều tính chất khác nhau. Vì vậy để đánh giá kết quả chúng ta phải chọn hàm mục tiêu phụ hợp với những thông tin mà ta quan tâm. Yêu cầu • Đại diện cho một tính chất của đối tượng nghiên cứu mà ta quan tâm • Có khả năng đo được • Đủ nhậy với sự thay đổi của biến đầu vào PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Tips • Chọn các giá trị đầu vào thay đổi lớn và đặc trưng cho toàn miền thực nghiệm (đo thô) • Bổ sung những giá trị mà ta quan tâm khi đã có kết quả sơ bộ. (bổ sung thêm điểm thực nghiệm ở vùng hàm mục tiêu biến đổi nhanh) • Thông thường mối quan hệ giữa biến đầu vào và hàm mục tiêu là một hàm liên tục. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Ví dụ về tracking dữ liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Ví dụ về tracking dữ liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Kết quả thực nghiệm Kết quả mô phỏng PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Thu thập dữ liệu Lên phương Tiến hành đo Lập bảng án thí đạc, thu thập thống kê dữ nghiệm dữ liệu thôi liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Thu thập dữ liệu Lên phương Tiến hành đo Lập bảng dữ án thí đạc, thu thập liệu nghiệm dữ liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019
Thu thập dữ liệu Hệ số A 1 2 3 4 5 6 0 … … … y41 … … 2,5 … … … y42 … … Hệ số B 5 y13 y23 y33 y43 y53 y63 7,5 … … … y44 … … 10 … … … y45 … … • Thực hiện các phép đo ở khu vực trung tâm • Bổ sung các phép đo ở vùng dữ liệu mà hàm mục tiêu biến đổi mạnh PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019