MÔ HÌNH HÓA 02 Tín (1,5LT + 0,5TH) MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐiỀU KHIỂN • Tài liệu tham khảo: – Mô hình hóa hệ thống mô – GS.TS Nguyễn Công Hiền, TS Nguyễn Phạm Thục Anh – Visual Basic toàn tập – Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động – PGS.TS Nguyễn Phùng Quang - NXB KHKT MÔ HÌNH HÓA • Nội dung – C1: Vai trò mô hình hóa hệ thống – C2: Khái niệm mô hình hóa hệ thống – C3: Phương pháp mô – C4: Mô hệ thống liên tục – C5: Mô hình hóa hệ ngẫu nhiên – C6: Mô hệ thống hàng đợi – Ứng dụng Matlab Simulink mô hệ thống điều khiển tự động Chương 1: VAI TRÒ CỦA MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG Khái niệm chung - Trong nhiều lĩnh vực hoạt động người ta thấy phương pháp mô hình hóa hệ thống có mặt với mức độ khác  Mô hình hóa gì? - Từ kiện người quan sát  khó khăn phân tích nghiên cứu trực tiếp đối tượng thực => Xây dựng mô hình, có đầy đủ tính chất so với đối tượng thực - Ngày PP-MHH có ý nghĩa quan trọng điều khiển hệ thống Kinh tế - Xã hội – Kỹ thuật - Quá trình phát triển KHKT theo bước: => Quan sát đối tượng(Thu nhận TT) =>Thực nghiệm(XD mô hình) => Nghiên cứu lý thuyết(Phân tích đánh giá) =>Tổ chức SX(Áp dụng vào ĐT) * MHH phương pháp khoa học trợ giúp bước nói Khái niệm chung - - - - PP – MHH phát triển mạnh từ chiến thứ - ứng dụng MHH để mô nghiên cứu phản ứng hạt nhân trình chế tạo bom nguyên tử Nhờ có MHH phân tích đánh giá tính chất hệ thống Kết mô dùng để thiết kế chế tạo xác định thông số vận hành hệ thống Đối với hệ thống phức tạp: Phi tuyến, tham số biến đổi theo thời gian PP giải tích gặp khó khăn ==> MHH giải pháp tối ưu Với phát triển máy tính điện tử  MHH MP phát triển nhanh chóng ứng dụng lĩnh vực KHKT KHXH Một số định nghĩa PP – MHH - MP • Đối tượng:(Object) tất vật, kiện mà hoạt động người có liên quan tới cần nghiên cứu • Hệ thống (System) tập hợp đối tượng, kiện (con người, máy móc) mà chúng có mối quan hệ định • Trạng thái hệ thống (State of system) tập hợp biến số, tham số dùng để mô tả hệ thống thời điểm điều kiện định • Mô hình(Model): Là sơ đồ phản ánh đối tượng, hệ thống Con người dùng sơ đồ để nghiên cứu, thực nghiệm để tìm quy luật hoạt động đối tượng • Mô hình hóa(Modelling) việc thay đối tượng gốc mô hình để thu nhận thông tin quan trọng hệ thống thật sau sở mô hình ta nghiên cứu phân tích tìm quy luật đối tượng thay phải tác động vào đối tượng thật Một số định nghĩa PP – MHH - MP • Nếu trình xảy mô hình đồng với thông số tiêu hệ thống thật công nhận mô hình đồng với đối tượng phân tích đánh giá mô hình để thu nhận tham số khác đối tượng thực • Mô phỏng(Simulation, Imitation) PP – MHH dựa việc xây dựng mô hình số(Numerical model) PP số(Numerical method) để tìm lời giải • Trong trình mô hình hóa hệ thống thực để giảm bớt độ phức tạp, thuận tiện trình ứng dụng thực tế người ta thường dùng mô hình gần với đối tượng thực Tuy nhiên mô hình hóa phương pháp khoa học hữu dụng cho nhà khoa học nghiên cứu đối tượng thực Triển vọng phát triển PP – MHH – MP hệ thống Mô hình hóa phương pháp nghiên cứu khoa học phát triển có triển vọng: - Ở giai đoạn thiết kế - giúp lựa chọn cấu trúc, thông số hệ thống để tổng hợp hệ thống - Ở giai đoạn vận hành - giúp người điều khiển giải toán điều khiển tối ưu - Khi mô hình hóa kết hợp với hệ chuyên gia giúp giải nhiều toán điều khiển phức tạp, tiết kiệm chi phí thời gian nghiên cứu Triển vọng phát triển PP – MHH – MP hệ thống - Khi mô hình hóa người ta thường dùng phương pháp phương pháp giải tích phương pháp mô Phương pháp giải tích: Là phương pháp tính toán thông số qua phương trình hệ thống nhận Phương pháp mô mô lại đầy đủ thông tin hệ thống thực Đây phương pháp sử dụng rộng rãi, cho kết có độ xác cao Triển vọng phát triển PP – MHH – MP hệ thống - Phương pháp mô hình hóa sử dụng trường hợp: a)Khi nghiên cứu hệ thống thực gặp nhiều khó khăn nhiều nguyên nhân như: - Giá thành nghiên cứu hệ thống thực đắt VD: Nghiên cứu độ bền khả chống dao động ôtô Khi ta phải tác động lên đối tượng lực đủ lớn đến mức phá hủy kết cấu để đánh giá tiêu kỹ thuật đề Như giá thành nghiên cứu đắt mô hình hóa máy tính giúp nghiên cứu đầy đủ chi tiết thông số đề chi phí nhỏ 10 Triển vọng phát triển PP – MHH – MP hệ thống - Nghiên cứu hệ thống thực gây gián đoạn trình hệ thống thực gây nguy hiểm cho người thiết bị - VD: Nghiên cứu chế độ cháy lò nung nhà máy nhiệt điện Khi để đánh giá đầy đủ thông số lò phải thay đổi chế độ cấp liệu, thay đổi lưu lượng khí, áp suất… ảnh hưởng đến chế độ làm việc nhà máy, gây gián đoạn cấp điện nhà máy, chất lượng điện không đảm bảo 11 Triển vọng phát triển PP – MHH – MP hệ thống - Nghiên cứu hệ thống thực đòi hỏi khoảng thời gian dài - VD:Đánh giá tuổi thọ trung bình hệ thống kỹ thuật hay trình phát triển dân số thông thường khoảng 30 – 40 năm Khi chờ khoảng thời gian dài kết nghiên cứu không tính thời Khi ta cần xây dựng mô hình cho hệ thống vận hành tương đương với khoảng thời gian tương đương ta nghiên cứu thông số hệ thống 12 Triển vọng phát triển PP – MHH – MP hệ thống - Trong số trường hợp đặc biệt không cho phép nghiên cứu hệ thống thực - VD: Nghiên cứu hệ thống làm việc môi trường độc hại, nguy hiểm, hầm sâu, đáy biển, vũ trụ hay thể người người Khi phương pháp mô giải pháp tối ưu để nghiên cứu hệ thống 13 Triển vọng phát triển PP – MHH – MP hệ thống - Phương pháp mô hình hóa sử dụng trường hợp: b) PP - MHH cho phép đánh giá độ nhạy hệ thống thay đổi tham số cấu trúc hệ thống đánh giá phản ứng hệ thống thay đổi tín hiệu điều khiển -VD: Khi xây dựng mô hình lò nung nhà máy nhiệt điện ta thay đổi tín hiệu đầu vào lưu lượng khí cấp nhiệt độ đầu hệ thay đổi 14 Triển vọng phát triển PP – MHH – MP hệ thống - Phương pháp mô hình hóa sử dụng trường hợp: c) Phương pháp mô hình hóa cho phép nghiên cứu hệ thống chưa có hệ thống thực Khi chưa có hệ thống thực nghiên cứu mô hình biện pháp để đánh giá tiêu kỹ thuật hệ thống, lựa chọn cấu trúc, thông số tối ưu hệ thống VD: trước xây dựng nhà máy thủy điện lớn, người ta phải dùng phương pháp MHH để nghiên cứu, lựa chọn kết cấu thông số kỹ thuật đập nhà máy 15 [...]... đó nhiệt độ đầu ra của hệ cũng thay đổi 14 3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống - Phương pháp mô hình hóa được sử dụng trong các trường hợp: c) Phương pháp mô hình hóa cho phép nghiên cứu hệ thống ngay cả khi chưa có hệ thống thực Khi chưa có hệ thống thực thì nghiên cứu trên mô hình là biện pháp duy nhất để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống, lựa chọn cấu trúc, các thông số tối... pháp mô hình hóa được sử dụng trong các trường hợp: b) PP - MHH cho phép đánh giá độ nhạy của hệ thống khi thay đổi tham số hoặc cấu trúc của hệ thống cũng như đánh giá phản ứng của hệ thống khi thay đổi tín hiệu điều khiển -VD: Khi đã xây dựng được mô hình của lò nung trong nhà máy nhiệt điện thì khi ta thay đổi tín hiệu đầu vào là lưu lượng khí cấp thì khi đó nhiệt độ đầu ra của hệ cũng thay đổi 14 ... không đảm bảo 11 3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống - Nghiên cứu trên hệ thống thực có thể đòi hỏi trong một khoảng thời gian rất dài - VD:Đánh giá tuổi thọ trung bình của hệ thống kỹ thuật hay quá trình phát triển dân số thông thường khoảng 30 – 40 năm Khi đó nếu chờ trong khoảng thời gian dài thì kết quả nghiên cứu không còn tính thời sự nữa Khi đó ta chỉ cần xây dựng mô hình và cho... các thông số của hệ thống 12 3 Triển vọng phát triển của PP – MHH – MP hệ thống - Trong một số trường hợp đặc biệt không cho phép nghiên cứu trên hệ thống thực - VD: Nghiên cứu các hệ thống làm việc trong môi trường độc hại, nguy hiểm, dưới hầm sâu, dưới đáy biển, trong vũ trụ hay trên cơ thể người người Khi đó phương pháp mô phỏng là giải pháp tối ưu để nghiên cứu hệ thống 13 3 Triển vọng phát triển... trúc, các thông số tối ưu của hệ thống VD: trước khi xây dựng một nhà máy thủy điện lớn, người ta phải dùng phương pháp MHH để nghiên cứu, lựa chọn kết cấu và thông số kỹ thuật của đập chính của nhà máy 15