Giáo trình mô hình hóa - Mở đầu

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

287
lượt xem 101
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vai trò của mô hình hoá hệ thống 1- Khái niệm chung Ngày nay khó có thể tìm thấy lĩnh vực hoạt động nào của con người mà không sử dụng phương pháp mô hình hoá ở những mức độ khác nhau. Điều này đặc biệt quan trọng đối với lĩnh vực điều khiển các hệ thống (kỹ thuật, xã hội), bởi vì điều kiển chính là quá trình thu nhận thông tin từ hệ thống, nhận dạng hệ thống theo một mô hình nào đó và đưa ra quyết định điều khiển thích hợp. Quá trình này được tiếp diễn liên tục nhằm đưa hệ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình mô hình hóa - Mở đầu

1 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Môc lôc Néi dung trang Vai trß cña m« h×nh ho¸ hÖ thèng ......................................................................... 4 1- Kh¸i niÖm chung ........................................................................................... 4 2- Mét sè ®Þnh nghÜa c¬ b¶n:............................................................................. 4 3- HÖ thèng vµ m« h×nh hÖ thèng...................................................................... 5 4- TriÓn väng ph¸t triÓn cña ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ ................................... 6 5- C©u hái vµ bµi tËp.......................................................................................... 8 Ch−¬ng 1- Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng........................................ 9 1.1- Kh¸i niÖm chung ........................................................................................ 9 1.2- §Æc ®iÓm cña m« h×nh ho¸ hÖ thèng ......................................................... 9 1.3- Ph©n lo¹i m« h×nh hÖ thèng ..................................................................... 11 1.4- Mét sè nguyªn t¾c khi x©y dùng m« h×nh................................................ 12 1.5- C©u hái vµ bµi tËp..................................................................................... 13 Ch−¬ng 2 – Ph−¬ng ph¸p m« pháng ................................................................... 14 2.1- Kh¸i niÖm chung vÒ ph−¬ng ph¸p m« pháng .......................................... 14 2.2- B¶n chÊt cña ph−¬ng ph¸p m« pháng ...................................................... 14 2.3- C¸c b−íc nghiªn cøu m« pháng............................................................... 15 2.4- ¦u nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p m« pháng ........................................... 17 2.5- So s¸nh gi÷a ph−¬ng ph¸p m« pháng vµ ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch .............. 17 2.6- C¸c ng«n ng÷ vµ thiÕt bÞ m« pháng ......................................................... 18 2.7- C¸c ph−¬ng ph¸p m« pháng..................................................................... 19 2.8- C©u hái vµ bµi tËp..................................................................................... 20 Ch−¬ng 3- M« pháng hÖ thèng liªn tôc............................................................... 21 3.1- Kh¸i niÖm chung vÒ m« h×nh hÖ thèng liªn tôc ....................................... 21 3.2- Dïng m¸y tÝnh t−¬ng tù ®Ó m« pháng hÖ thèng liªn tôc ......................... 21 3.3- Dïng m¸y tÝnh sè ®Ó m« pháng hÖ thèng liªn tôc ................................... 22 3.3.1- Ph−¬ng tr×nh m¸y tÝnh....................................................................... 22 3.3.2- Ph−¬ng ph¸p m« pháng hÖ liªn tôc tuyÕn tÝnh b»ng m¸y tÝnh sè ..... 23 3.4- BiÕn ®æi Z vµ c¸c tÝnh chÊt....................................................................... 23 3.5- Hµm truyÒn sè cña hÖ gi¸n ®o¹n.............................................................. 25 3.6- Hµm truyÒn sè cña hÖ liªn tôc.................................................................. 25 3.7- Tr×nh tù t×m hµm truyÒn sè....................................................................... 26 3.8- C¸ch chän b−íc c¾t mÉu T ....................................................................... 26 3.9- Dïng ph−¬ng ph¸p to¸n tö ®Ó t×m ph−¬ng tr×nh sai ph©n cña hÖ §K tù ®éng ................................................................................................................. 27 3.10- Kh¸i niÖm vÒ to¸n tö tÝch ph©n sè.......................................................... 28 Bé m«n Tù ®éng ho¸ http://www.ebook.edu.vn Khoa §iÖn
2 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ 3.11- VÝ dô minh häa....................................................................................... 29 3.12- C©u hái vµ bµi tËp................................................................................... 35 Ch−¬ng 4 - M« h×nh hãa c¸c hÖ ngÉu nhiªn........................................................ 36 4.1- Kh¸i niÖm vÒ m« h×nh hãa c¸c hÖ ngÉu nhiªn ......................................... 36 4.2- C¬ së lý thuyÕt x¸c suÊt ........................................................................... 36 4.2.1- BiÕn cè ngÉu nhiªn vµ x¸c suÊt ......................................................... 36 4.2.2- §Þnh nghÜa x¸c suÊt........................................................................... 37 4.2.3- C¸c ®Þnh lý x¸c suÊt .......................................................................... 37 4.2.4- §¹i l−îng ngÉu nhiªn vµ c¸c quy luËt ph©n phèi x¸c suÊt................ 38 4.3- Ph©n bè x¸c suÊt cña c¸c biÕn ngÉu nhiªn ............................................... 40 4.4- Sè ngÉu nhiªn (Random number) ph©n bè ®Òu U(0,1) ............................ 43 4.5- Ph−¬ng ph¸p t¹o c¸c biÕn ngÉu nhiªn cã ph©n bè mong muèn ............... 44 4.6- Mét sè vÝ dô vÒ m« pháng c¸c hÖ ngÉu nhiªn.......................................... 46 4.7- C©u hái vµ bµi tËp..................................................................................... 53 Ch−¬ng 5- M« pháng hÖ thèng hµng ®îi............................................................. 55 5.1- Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ thèng hµng ®îi (Queueing System).................... 55 5.2- C¸c thµnh phÇn chÝnh cña hÖ thèng hµng ®îi........................................... 55 5.3- Dßng kh¸ch hµng (Customer) .................................................................. 56 5.4- Kªnh phôc vô (Server).............................................................................. 58 5.5- ChiÒu dµi hµng ®îi ................................................................................... 59 5.6- Thêi gian xÕp hµng................................................................................... 59 5.7- LuËt xÕp hµng........................................................................................... 59 5.8- Thêi gian xÕp hµng vµ chiÒu dµi hµng ®îi................................................ 60 5.9- N¨ng lùc phôc vô vµ x¸c suÊt mÊt kh¸ch hµng cña hÖ thèng................... 60 5.10- HÖ thèng hµng ®îi M/M/1 cã ®é dµi hµng ®îi kh«ng h¹n chÕ (n → ∞) 64 5.11- VÝ dô minh ho¹ vÒ hÖ thèng hµng ®îi .................................................... 65 5.12- C©u hái vµ bµi tËp................................................................................... 68 Ch−¬ng 6- øng dông matlab-simulink m« pháng c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ..................................................................................................................... 72 6.1- Kh¸i niÖm chung ...................................................................................... 72 6.2- Giíi thiÖu vÒ Matlab- Simulink................................................................ 72 6.2.1- Matlab .............................................................................................. 72 6.2.2- Simulink ............................................................................................ 74 6.3- øng dông Matlab - Simulink ®Ó ph©n tÝch vµ kh¶o s¸t hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng trong miÒn thêi gian vµ tÇn sè ............................................................ 75 Bé m«n Tù ®éng ho¸ http://www.ebook.edu.vn Khoa §iÖn
3 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ 6.4- øng dông Matlab - Simulink ®Ó ph©n tÝch vµ kh¶o s¸t hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng trong kh«ng gian tr¹ng th¸i ................................................................ 78 6.5- øng dông Simulink ®Ó m« h×nh hãa, m« pháng, ph©n tÝch vµ kh¶o s¸t c¸c hÖ thèng ®éng häc ........................................................................................... 82 Tµi liÖu tham kh¶o ............................................................................................... 89 Bé m«n Tù ®éng ho¸ http://www.ebook.edu.vn Khoa §iÖn
4 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Më ®Çu Vai trß cña m« h×nh ho¸ hÖ thèng 1- Kh¸i niÖm chung Ngµy nay khã cã thÓ t×m thÊy lÜnh vùc ho¹t ®éng nµo cña con ng−êi mµ kh«ng sö dông ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ ë nh÷ng møc ®é kh¸c nhau. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng ®èi víi lÜnh vùc ®iÒu khiÓn c¸c hÖ thèng (kü thuËt, x· héi), bëi v× ®iÒu kiÓn chÝnh lµ qu¸ tr×nh thu nhËn th«ng tin tõ hÖ thèng, nhËn d¹ng hÖ thèng theo mét m« h×nh nµo ®ã vµ ®−a ra quyÕt ®Þnh ®iÒu khiÓn thÝch hîp. Qu¸ tr×nh nµy ®−îc tiÕp diÔn liªn tôc nh»m ®−a hÖ thèng vËn ®éng theo mét môc tiªu ®Þnh tr−íc. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn khoa häc kü thuËt ®i theo c¸c b−íc c¬ b¶n sau: Quan s¸t → thùc nghiÖm → nghiªn cøu lý thuyÕt → tæ chøc s¶n xuÊt. M« h×nh ho¸ lµ mét ph−¬ng ph¸p khoa häc trî gióp cho c¸c b−íc nãi trªn. Ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng ®−îc ph¸t triÓn tõ ®¹i chiÕn thÕ giíi lÇn thø hai vµo nh÷ng n¨m 40 cña thÕ kû 20. Lóc ®ã ng−êi ta øng dông ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng ®Ó nghiªn cøu c¸c ph¶n øng h¹t nh©n nh»m chÕ t¹o bom nguyªn tö. Ngµy nay, nhê cã m¸y tÝnh ®iÖn tö mµ ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng ph¸t triÓn nhanh chãng vµ ®−îc øng dông vµo nhiÒu lÜnh vùc khoa häc kü thuËt còng nh− c¸c ngµnh khoa häc x· héi kh¸c nhau. Nhê cã ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng, ng−êi ta cã thÓ ph©n tÝch, nghiªn cøu c¸c hÖ thèng phøc t¹p, x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh, hµnh vi ho¹t ®éng cña hÖ thèng. C¸c kÕt qu¶ m« pháng ®−îc dïng ®Ó thiÕt kÕ, chÕ t¹o còng nh− x¸c ®Þnh c¸c chÕ ®é vËn hµnh cña hÖ thèng. §èi víi c¸c hÖ thèng phøc t¹p, phi tuyÕn, ngÉu nhiªn, c¸c tham sè biÕn ®æi theo thêi gian, ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch truyÒn thèng kh«ng thÓ cho ta lêi gi¶i chÝnh x¸c ®−îc. Lóc nµy ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng ph¸t huy søc m¹nh cña m×nh vµ trong nhiÒu tr−êng hîp nã lµ gi¶i ph¸p duy nhÊt ®Ó nghiªn cøu c¸c hÖ thèng phøc t¹p trªn. 2- Mét sè ®Þnh nghÜa c¬ b¶n: - §èi t−îng (object) lµ tÊt c¶ nh÷ng sù vËt, sù kiÖn mµ ho¹t ®éng cña con ng−êi cã liªn quan tíi. - HÖ thèng (System) lµ tËp hîp c¸c ®èi t−îng (con ng−êi, m¸y mãc), sù kiÖn mµ gi÷a chóng cã nh÷ng mèi quan hÖ nhÊt ®Þnh. - Tr¹ng th¸i cña hÖ thèng (State of system) lµ tËp hîp c¸c tham sè, biÕn sè dïng ®Ó m« t¶ hÖ thèng t¹i mét thêi ®iÓm vµ trong ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh. - M« h×nh (Model) lµ mét s¬ ®å ph¶n ¸nh ®èi t−îng, con ng−êi dïng s¬ ®å ®ã ®Ó nghiªn cøu, thùc nghiÖm nh»m t×m ra quy luËt ho¹t ®éng cña ®èi t−îng hay nãi c¸ch kh¸c m« h×nh lµ ®èi t−îng thay thÕ cña ®èi t−îng gèc ®Ó nghiªn cøu vÒ ®èi t−îng gèc. - M« h×nh ho¸ (Modelling) lµ thay thÕ ®èi t−îng gèc b»ng mét m« h×nh nh»m c¸c thu nhËn th«ng tin quan träng vÒ ®èi t−îng b»ng c¸ch tiÕn hµnh c¸c thùc nghiÖm trªn m« h×nh. Lý thuyÕt x©y dùng m« h×nh vµ nghiªn cøu m« h×nh ®Ó hiÓu biÕt vÒ ®èi t−îng gèc gäi lµ lý thuyÕt m« h×nh ho¸. NÕu c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong m« h×nh ®ång nhÊt (theo c¸c chØ tiªu ®Þnh tr−íc) víi c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong ®èi t−îng gèc th× ng−êi ta nãi r»ng m« h×nh ®ång nhÊt víi ®èi t−îng. Bé m«n Tù ®éng ho¸ http://www.ebook.edu.vn Khoa §iÖn
5 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Lóc nµy ng−êi ta cã thÓ tiÕn hµnh c¸c thùc nghiÖm trªn m« h×nh ®Ó thu nhËn th«ng tin vÒ ®èi t−îng. - M« pháng (Simulation, Imitation) lµ ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ dùa trªn viÖc x©y dùng m« h×nh sè (Numerical model) vµ dïng ph−¬ng ph¸p sè (Numerical method) ®Ó t×m c¸c lêi gi¶i. ChÝnh v× vËy m¸y tÝnh sè lµ c«ng cô h÷u hiÖu vµ duy nhÊt ®Ó thùc hiÖn viÖc m« pháng hÖ thèng. Lý thuyÕt còng nh− thùc nghiÖm ®· chøng minh r»ng, chØ cã thÓ x©y dùng ®−îc m« h×nh gÇn ®óng víi ®èi t−îng mµ th«i, v× trong qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸ bao giê còng ph¶i chÊp nhËn mét sè gi¶ thiÕt nh»m gi¶m bít ®é phøc t¹p cña m« h×nh, ®Ó m« h×nh cã thÓ øng dông thuËn tiÖn trong thùc tÕ. MÆc dï vËy, m« h×nh ho¸ lu«n lu«n lµ mét ph−¬ng ph¸p h÷u hiÖu ®Ó con ng−êi nghiªn cøu ®èi t−îng, nhËn biÕt c¸c qu¸ tr×nh, c¸c quy luËt tù nhiªn. §Æc biÖt, ngµy nay víi sù trî gióp ®¾c lùc cña khoa häc kü thuËt, nhÊt lµ khoa häc m¸y tÝnh vµ c«ng nghÖ th«ng tin, ng−êi ta ®· ph¸t triÓn c¸c ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ cho phÐp x©y dùng c¸c m« h×nh ngµy cµng gÇn víi ®èi t−îng nghiªn cøu, ®ång thêi viÖc thu nhËn, lùa chän, xö lý c¸c th«ng tin vÒ m« h×nh rÊt thuËn tiÖn, nhanh chãng vµ chÝnh x¸c. ChÝnh v× vËy, m« h×nh ho¸ lµ mét ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu khoa häc mµ tÊt c¶ nh÷ng ng−êi lµm khoa häc, ®Æc biÖt lµ c¸c kü s− ®Òu ph¶i nghiªn cøu vµ øng dông vµo thùc tiÔn ho¹t ®éng cña m×nh. 3- HÖ thèng vµ m« h×nh hÖ thèng §Çu tiªn chóng ta xem xÐt m«t sè vÝ dô vÒ c¸c hÖ thèng t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n. H×nh 1.1 tr×nh bµy hÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬. TÝn hiÖu vµo cña hÖ thèng lµ tèc ®é ®Æt mong muèn n®(t), tÝn hiÖu ra cña hÖ thèng y(t) lµ tèc ®é thùc tÕ cña ®éng c¬. Sai lÖch tèc ®é e(t) = n®(t) – y(t) ®−îc ®−a vµo bé ®iÒu khiÓn ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn u(t) t¸c ®éng vµo ®éng c¬ nh»m duy tr× tèc ®é ®éng c¬ ë gi¸ trÞ mong muèn. H×nh 1.2 tr×nh bµy s¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh s¶n n®(t) e(t) y(t) §C B§K xuÊt. HÖ thèng s¶n xuÊt bao gåm nhiÒu hÖ con chøc n¨ng nh−: cung cÊp vËt t−, n¨ng l−îng, gia c«ng, chÕ H×nh 1- S¬ ®å khèi hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng tèc ®é ®éng c¬ biÕn, l¾p r¸p, hoµn thiÖn s¶n phÈm, ph©n phèi, tiªu thô. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh s¶n xuÊt lµ trung t©m ®iÒu khiÓn. §Çu vµo cña hÖ thèng lµ ®¬n ®Æt hµng cña kh¸ch hµng, ®Çu ra cña hÖ thèng lµ s¶n phÈm cuèi cïng. §¬n ®Æt hµng Trung t©m ®iÒu khiÓn Nguyªn, SP nhiªn, Cung øng Gia c«ng, L¾p r¸p, hoµn Ph©n phèi vËt t− chÕ biÕn thiÖn SP s¶n phÈm ®Çu ra vËt liÖu H×nh 1.2- S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh Tõ h×nh 1.1 vµ h×nh 1.2 ta thÊy hÖ thèng gåm nhiÒu phÇn tö th−êng ®−îc gäi lµ c¸c thùc thÓ (Entity), mçi mét thùc thÓ l¹i cã c¸c thuéc tÝnh (attribute) kh¸c nhau. Mét qu¸ tr×nh g©y ra Bé m«n Tù ®éng ho¸ http://www.ebook.edu.vn Khoa §iÖn
6 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ sù thay ®æi trong hÖ thèng gäi lµ mét ho¹t ®éng (activity). Mét t¸c ®éng lµm thay ®æi tr¹ng th¸i cña hÖ thèng gäi lµ mét sù kiÖn (event). TËp hîp c¸c biÕn tr¹ng th¸i ph¶n ¸nh tr¹ng th¸i cña hÖ thèng t¹i mét thêi ®iÓm ®−îc gäi lµ biÕn tr¹ng th¸i (state variable). Tuú theo môc ®Ých nghiªn cøu mµ hÖ thèng ®−îc m« t¶ víi møc ®é chi tiÕt kh¸c nhau. B¶ng 1 tr×nh bµy mét sè hÖ thèng cïng víi c¸c ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña chóng. B¶ng 1 HÖ thèng Thùc thÓ Thuéc tÝnh Ho¹t ®éng Sù kiÖn BiÕn tr¹ng th¸i Tèc ®é Giao th«ng Xe buýt L¸i xe Xe ®Õn bÕn Sè kh¸ch chê ë bÕn Kho¶ng c¸ch Kh¸ch KiÓm tra tµi Sè kh¸ch Sè nh©n viªn phôc Ng©n hµng Rót tiÒn göi hµng kho¶n hµng vô Th«ng tin liªn Thêi l−îng liªn Th«ng tin Sè ng−êi ®îi liªn Th«ng tin TruyÒn tin l¹c l¹c truyÒn ®Õn l¹c Kh¸ch Danh môc mua Kh¸ch hµng Sè kh¸ch hµng rêi Siªu thÞ TÝnh tr¶ tiÒn hµng s¾m ®Õn siªu thÞ siªu thÞ Tr¹m l¾p r¸p KÝch th−íc, L¾p r¸p s¶n S¶n phÈm Sè s¶n phÈm hoµn S¶n phÈm s¶n phÈm träng l−îng phÈm hoµn thiÖn thiÖn Cã hai con ®−êng ®Ó nghiªn cøu hÖ thèng, ®ã lµ nghiªn cøu trªn hÖ thùc vµ nghiªn cøu trªn m« h×nh thay thÕ cña nã. Râ rµng nghiªn cøu trªn hÖ thùc cho ta kÕt qu¶ trung thùc vµ kh¸ch quan. Tuy nhiªn trong nhiÒu tr−êng hîp, viÖc tiÕn hµnh nghiªn cøu trªn hÖ thùc gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n, ph−¬ng ph¸p tèt nhÊt lµ nghiªn cøu trªn m« h×nh cña nã. ChÝnh v× vËy, ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng rÊt ®−îc chó ý nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn. 4- TriÓn väng ph¸t triÓn cña ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ Tr−íc ®©y, ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch ®−îc dïng ®Ó m« h×nh ho¸ hÖ thèng. Tuy nhiªn, sù xuÊt hiÖn cña m¸y tÝnh ®iÖn tö ®· t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho qu¸ tr×nh tÝnh to¸n nh− t¨ng khèi l−îng tÝnh to¸n, gi¶m thêi gian tÝnh,... nh−ng b¶n th©n ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n khi m« t¶ hÖ thèng nh− th−êng ph¶i chÊp nhËn nhiÒu gi¶ thiÕt ®Ó ®¬n gi¶n ho¸ m« h×nh, do ®ã c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cã ®é chÝnh x¸c kh«ng cao. Ngµy nay, bªn c¹nh ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch nãi trªn, ph−¬ng ph¸p m« pháng ®−îc ph¸t triÓn m¹nh mÏ vµ øng dông rÊt réng r·i. C¸c m« h×nh ®−îc x©y dùng dùa trªn c¸c ph−¬ng ph¸p m« pháng ®−îc gäi lµ m« h×nh m« pháng. Ph−¬ng ph¸p m« pháng cho phÐp ®−a vµo m« h×nh nhiÒu yÕu tè s¸t gÇn v¬i thùc tÕ. MÆt kh¸c, m« h×nh ®−îc gi¶i trªn m¸y tÝnh cã tèc ®é tÝnh to¸n nhanh, dung l−îng lín, do ®ã kÕt qu¶ thu ®−îc cã ®é chÝnh x¸c cao. V× vËy, ph−¬ng ph¸p m« pháng ®· t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó gi¶i c¸c bµi to¸n phøc t¹p nh− bµi to¸n m« h×nh ho¸ c¸c hÖ thèng lín, hÖ thèng ngÉu nhiªn, phi tuyÕn cã c¸c th«ng sè biÕn thiªn theo thêi gian. Ph−¬ng ph¸p m« pháng ®Æc biÖt ph¸t huy hiÖu qu¶ khi cÇn m« h×nh ho¸ c¸c hÖ thèng lín mµ ®Æc ®iÓm cña nã lµ cã cÊu tróc ph©n cÊp, cÊu tróc hÖ con, gi÷a c¸c hÖ con vµ trung t©m ®iÒu khiÓn cã sù trao ®æi th«ng tin víi nhau. Ph−¬ng ph¸p m« pháng còng tá ra h÷u hiÖu khi m« pháng c¸c hÖ thèng cã c¸c yÕu tè ngÉu nhiªn, cã th«ng tin kh«ng ®Çy ®ñ, c¸c th«ng tin sÏ ®−îc bæ sung trong qu¸ tr×nh m« pháng, trong qu¸ tr×nh trao ®æi th«ng tin gi÷a ng−êi ®iÒu khiÓn vµ ®èi t−îng. Bé m«n Tù ®éng ho¸ http://www.ebook.edu.vn Khoa §iÖn
7 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Ph−¬ng ph¸p m« pháng ®−îc øng dông ®Ó m« h×nh ho¸ trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh−: khoa häc kü thuËt, x· héi, sinh häc,... Tãm l¹i, m« h×nh ho¸ lµ mét ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu khoa häc ®ang ph¸t triÓn vµ rÊt cã triÓn väng. ë giai ®o¹n thiÕt kÕ hÖ thèng, m« h×nh ho¸ gióp ng−êi thiÕt kÕ lùa chän cÊu tróc, c¸c th«ng sè cña hÖ thèng ®Ó tæng hîp hÖ thèng. ë giai ®o¹n vËn hµnh hÖ thèng m« h×nh ho¸ gióp cho ng−êi ®iÒu khiÓn gi¶i c¸c bµi to¸n tèi −u, dù ®o¸n c¸c tr¹ng th¸i cña hÖ thèng. §Æc biÖt trong tr−êng hîp kÕt hîp hÖ chuyªn gia (Expert system) víi m« h×nh ho¸ ng−êi ta cã thÓ gi¶i ®−îc nhiÒu bµi to¸n ®iÒu khiÓn, tiÕt kiÖm ®−îc nhiÒu thêi gian còng nh− chi phÝ vÒ vËt chÊt vµ tµi chÝnh. Ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ th−êng ®−îc dïng trong c¸c tr−êng hîp sau: a- Khi nghiªn cøu trªn hÖ thèng thùc gÆp nhiÒu khã kh¨n do nhiÒu nguyªn nh©n g©y ra nh− sau: - Gi¸ thµnh nghiªn cøu trªn hÖ thèng thùc qu¸ ®¾t. VÝ dô: Nghiªn cøu kÕt cÊu tèi −u, ®é bÒn, kh¶ n¨ng chèng dao ®éng cña « t«, tµu thuû, m¸y bay,... ng−êi ta ph¶i t¸c ®éng vµo ®èi t−îng nghiªn cøu c¸c lùc ®ñ lín ®Õn møc cã thÓ ph¸ huû ®èi t−îng ®Ó tõ ®ã ®¸nh gi¸ c¸c chØ tiªu kü thuËt ®· ®Ò ra. Nh− vËy, gi¸ thµnh nghiªn cøu sÏ rÊt ®¾t. B»ng c¸ch m« h×nh ho¸ trªn m¸y tÝnh ta dÔ dµng x¸c ®Þnh ®−îc kÕt cÊu tèi −u cña c¸c thiÕt bÞ nãi trªn. - Nghiªn cøu trªn hÖ thèng thùc ®ßi hái thêi gian qu¸ dµi. VÝ dô: Nghiªn cøu ®¸nh gi¸ ®é tin cËy, ®¸nh gi¸ tuæi thä trung b×nh cña hÖ thèng kü thuËt (th«ng th−êng tuæi thä trung b×nh cña hÖ thèng kü thuËt kho¶ng 30 ÷ 40 n¨m), hoÆc nghiªn cøu qu¸ tr×nh ph¸t triÓn d©n sè trong kho¶ng thêi gian 20 ÷ 50 n¨m,... NÕu chê ®îi qu·ng thêi gian dµi nh− vËy míi cã kÕt qu¶ nghiªn cøu th× kh«ng cßn tÝnh thêi sù n÷a. B»ng c¸ch m« pháng hÖ thèng vµ cho “hÖ thèng” vËn hµnh t−¬ng ®−¬ng víi kho¶ng thêi gian nghiªn cøu ng−êi ta cã thÓ ®¸nh gi¸ ®−îc c¸c chØ tiªu kü thuËt cÇn thiÕt cña hÖ thèng. - Nghiªn cøu trªn hÖ thùc ¶nh h−ëng ®Õn s¶n xuÊt hoÆc g©y nguy hiÓm cho ng−êi vµ thiÕt bÞ. VÝ dô: Nghiªn cøu qu¸ tr×nh ch¸y trong lß h¬i cña nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn, trong lß luyÖn clanhke cña nhµ m¸y xi m¨ng,... ng−êi ta ph¶i thay ®æi chÕ ®é cÊp nhiªn liÖu (than, dÇu), t¨ng gi¶m l−îng giã cÊp, thay ®æi ¸p suÊt trong lß,... ViÖc lµm c¸c thÝ nghiÖm nh− vËy sÏ c¶n trë viÖc s¶n xuÊt b×nh th−êng, trong nhiÒu tr−êng hîp cã thÓ x¶y ra ch¸y, næ g©y nguy hiÓm cho ng−êi vµ thiÕt bÞ. B»ng c¸ch m« pháng hÖ thèng, ng−êi ta cã thÓ cho hÖ thèng “vËn hµnh” víi c¸c bé th«ng sè, c¸c chÕ ®é vËn hµnh kh¸c nhau ®Ó t×m ra lêi gi¶i tèi −u. - Trong mét sè tr−êng hîp kh«ng cho phÐp lµm thùc nghiÖm trªn hÖ thèng thùc. VÝ dô: Nghiªn cøu c¸c hÖ thèng lµm viÖc ë m«i tr−êng ®éc h¹i, nguy hiÓm, d−íi hÇm s©u, d−íi ®¸y biÓn, hoÆc nghiªn cøu trªn c¬ thÓ ng−êi,... Trong nh÷ng tr−êng hîp nµy dïng ph−¬ng ph¸p m« pháng lµ gi¶i ph¸p duy nhÊt ®Ó nghiªn cøu hÖ thèng. b- Ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ cho phÐp ®¸nh gi¸ ®é nh¹y cña hÖ thèng khi thay ®æi tham sè hoÆc cÊu tróc cña hÖ thèng còng nh− ®¸nh gi¸ ph¶n øng cña hÖ thèng khi thay ®æi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Nh÷ng sè liÖu nµy dïng ®Ó thiÕt kÕ hÖ thèng hoÆc lùa chän th«ng sè tèi −u ®Ó vËn hµnh hÖ thèng. Bé m«n Tù ®éng ho¸ http://www.ebook.edu.vn Khoa §iÖn
8 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ c- Ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ cho phÐp nghiªn cøu hÖ thèng ngay c¶ khi ch−a cã hÖ thèng thùc. Trong tr−êng hîp nµy, khi ch−a cã hÖ thèng thùc th× viÖc nghiªn cøu trªn m« h×nh lµ gi¶i ph¸p duy nhÊt ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c chØ tiªu kü thuËt cña hÖ thèng, lùa chän cÊu tróc vµ th«ng sè tèi −u cña hÖ thèng,... ®ång thêi m« h×nh còng ®−îc dïng ®Ó ®µo t¹o vµ huÊn luyÖn. 5- C©u hái vµ bµi tËp (1)- H·y x¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng lµ thùc thÓ, thuéc tÝnh, ho¹t ®éng, sù kiÖn, biÕn tr¹ng th¸i cña c¶ng biÓn ®−îc m« t¶ nh− sau: tµu ®Õn c¶ng sÏ cËp bÕn nÕu cßn chç trèng, ng−îc l¹i sÏ ph¶i xÕp hµng chê ®Õn l−ît. Tµu ®−îc c¸c cÇn cÈu bèc dì hµng ho¸. Khi hµng bèc xong tµu rêi bÕn ngay. (2)- Yªu cÇu nh− c©u mét nh−ng hÖ thèng lµ qu¸n cµ phª, tr¹m röa xe. (3)- H·y lÊy vÝ dô chøng minh nh÷ng khã kh¨n gÆp ph¶i khi nghiªn cøu trªn hÖ thùc vµ nh÷ng −u ®iÓm khi chuyÓn sang nghiªn cøu trªn m« h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p m« pháng. Bé m«n Tù ®éng ho¸ http://www.ebook.edu.vn Khoa §iÖn