Lighting Seminar 1 MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN 02 Tín chỉ (1,5LT + 0,5TH) 2 MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN • Giáo trình – Giáo trình mô hình hóa hệ thống và mô phỏng – GS TS Nguyễn Công Hiền, TS Nguyễn Phạm[.]
MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN 02 Tín (1,5LT + 0,5TH) MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN • Giáo trình: – Giáo trình mơ 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 MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN • Nội dung – C1: Vai trị mơ hình hóa hệ thống – C2: Khái niệm mơ hình hóa hệ thống – C3: Phương pháp mô – C4: Mô hệ thống liên tục – C5: Mơ 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 MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG Khái niệm chung Mơ hình hóa phương pháp nghiên cứu khoa học Trong nhiều lĩnh vực hoạt động của con người ta thấy phương pháp mơ hình hóa hệ thống có mặt với mức độ khác nhau. Vậy Mơ hình hóa là gì? Từ một sự kiện con người quan sát được khó khăn khi phân tích nghiên cứu trực tiếp trên đối tượng thực => Xây dựng mơ hình, nhưng có đầy đủ tính chất so với đối tượng thực Ngày nay PPMHH có ý nghĩa rất quan trọng trong điều khiển các hệ thống Kinh tế Xã hội – Kỹ thuật Q trình phát triển KHKT đi theo các bước: => Quan sát đối tượng(Thu nhận TT) =>Thực nghiệm(XD mơ hình) => Nghiên cứu lý thuyết(Phân tích đánh giá) =>Tổ chức SX(Áp dụng vào ĐT) 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 ngun 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) là tất cả những sự vật, sự kiện mà hoạt động của con người có liên quan tới Mơ hình(Model): Là một sơ đồ phản ánh đối tượng, con người dùng sơ đồ đó để nghiên cứu, thực nghiệm để tìm ra các quy luật hoạt động của đối tượng Mơ hình hóa(Modelling) là việc thay thế đối tượng gốc bằng một mơ hình để thu nhận những thơng tin quan trọng của hệ thống thật sau đó trên cơ sở mơ hình ta nghiên cứu phân tích tìm ra quy luật của đối tượng thay vì là phải tác động vào đối tượng thật Một số định nghĩa PP – MHH - MP Nếu q trình xảy mơ hình đồng với thông số tiêu hệ thống thật cơng nhận mơ hình đồng với đối tượng phân tích đánh giá mơ hình để thu nhận tham số khác đối tượng thực Mô phỏng(Simulation, Imitation) PP – MHH dựa việc xây dựng mơ hình số(Numerical model) PP số(Numerical method) để tìm lời giải Trong q trình mơ 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 mơ 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 Mơ 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 tốn điều khiển tối ưu - Khi mơ hình hóa kết hợp với hệ chuyên gia giúp giải nhiều tốn 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 mơ Phương pháp giải tích: Là phương pháp tính tốn thơng 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 mơ 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 ơtơ 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 mơ hình hóa máy tính giúp nghiên cứu đầy đủ chi tiết thơng số đề chi phí nhỏ 10 Triển vọng phát triển PP – MHH – MP hệ thống - Nghiên cứu hệ thống thực gây gián đoạn q trình hệ thống thực gây nguy hiểm cho người thiết bị - VD: Nghiên cứu chế độ cháy lị nung nhà máy nhiệt điện Khi để đánh giá đầy đủ thơng số lị 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 địi hỏi khoảng thời gian dài - VD:Đánh giá tuổi thọ trung bình hệ thống kỹ thuật hay q trình phát triển dân số thơng thường khoảng 30 – 40 năm Khi chờ khoảng thời gian dài kết nghiên cứu khơng cịn tính thời Khi ta cần xây dựng mơ 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 mơ giải pháp tối ưu để nghiên cứu hệ thống 13 Triển vọng phát triển PP – MHH – MP hệ thống - Phương pháp mơ 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 mơ hình lị 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 mơ hình hóa sử dụng trường hợp: c) Phương pháp mơ hình hóa cho phép nghiên cứu hệ thống chưa có hệ thống thực Khi chưa có hệ thống thực nghiên cứu mơ 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