Mơn học MƠ HÌNH HĨA VÀ NH N D NG H TH NG Giảng viên: TS Huỳnh Thái Hoàng B môn Điều Khiển Tự Đ ng, ng Khoa Đi n – Đi n Tử Đ i học Bách Khoa TP.HCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn, hthoang hcmut@yahoo com hthoang.hcmut@yahoo.com Homepage: http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Gi i thi u môn học Mục tiêu: Môn học trang bị cho học viên kiến thức để giải tốn xây dựng mơ hình tốn học hệ thống động ph ơng pháp mơ hình hóa nhận dạng hệ thống Số tiết: 30 LT + 15 TL Ch ơng 1: Giới thiệu Ch ơng 2: Mơ hì hình h hó hóa Ch ơng 3: Nhận dạng mơ hình khơng tham số Ch ơng 4: Cấu trúc mơ hình có tham số Ch ơng 5: Các thuật toán ớc l ợng tham số Ch ơng 6: Đánh giá mơ hình Ch ơng 7: Thực nhận dạng hệ thống Ch ơng 8: Nhận dạng hệ thống kín Tiểu luận: Tìm hiểu lý thuyết ứng dụng mơ hình hóa nhận dạng hệ thống 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Đánh giá mơn học Bài tập: 40% Tiểu luận: 20% Thi cuối khóa: 40% 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Tài li u tham khảo [1] L L Lj Ljung , System S t Identification Id tifi ti – Theory Th for f the th 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, Design, Prentice Hall Englewood Cliffs Cliffs, New Jersey Jersey, 1994 1994 [4] Huỳnh Thái Hoàng, Bài giảng Mơ hình hóa nhận dạng hệ thống, http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Chương GI I THI U 31 August 2012 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM N i dung chương Hệ thống thố độ động mơ hì hình h Mơ hình hóa Nhận Nhậ dạng d hệ thống thố 31 August 2012 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM H th ng đ ng mơ hình 31 August 2012 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM H th ng Hệ thống hố đối t ợng biến biế t ơng tác với tạo tín hiệu quan sát đ ợc (Ljung, 1999) v(t) w(t) Hệ thống y(t) u(t) u: tín hiệu vào y: tín tí hiệu hiệ w: nhiễu đo v: nhiễu ễ khơng đo 31 August 2012 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM H th ng đ ng Hệ thống động (Dynamic System) hệ thống tín hiệu khơng phụ thuộc vào tín hiệu vào hiệ t i mà cịn ị phụ h thuộc th ộ vào tín tí hiệu hiệ tín tí hiệu vào khứ Quan hệ vào hệ thống động mơ tả ph ơng trình vi phân (hệ liên tục) ph ơng trình sai phân (hệ rời rạc) Đối t ợng khảo sát môn học hệ thống động g 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Mơ hình Mơ hình hì h ((model) d l) ủ ộ hệ thống hố quan hệ giả iả thiết (assumed relationship) tín hiệu quan sát đ ợc hệ thống đó Mơ hình tốn học (các) biểu thức tốn học mơ tả quan hệ vào hệ thống MH miền thời gian – MH miền tần số MH liên tục – MH rời rạc MH tuyến tính – MH phi tuyến MH tham số – MH khơng tham số số,… 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 10 Cách xây dựng mơ hình tốn học Mơ hình hì h tốn học h xây â dựng d bằ cách: h Mơ hình hóa (System Modeling) Mơ hình hộp trắng (white-box model) Nhận dạng hệ thống (System Identification) Mơ hình hộp đen (black-box model) Kết hợp mơ hình hóa nhận dạng hệ thống Mơ hình hộp ộp xám (g (gray-box y model)) 31 August 2012 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 11 ng dụng c a mơ hình Thiết kế hệ thống Thiế hố Mô Dự báo Đo l ờng Phát hiện, chuẩn đoán lỗi Tối u hóa 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 12 Mơ hình hóa 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 13 Mơ hình hóa Mơ hì hình h hó hóa ph h ơng pháp há xây â d dựng mơ hì hình h ttoán hệ thống cách dựa vào qui luật vật lý chi phối hoạt động hệ thống Ba b ớc mơ hình hóa: Phân tích chức năng: phân tích hệ thống thành khối chức năng, mơ hình tốn khối chức biết rút đ ợc dựa vào quii lluật ật vật ật lý lý Phân tích vật lý: rút mơ hình tốn khối chức dựa vào qui luật vật lý lý Phân tích tốn học: khối chức đ ợc kết nối toán học để đ ợc mơ hình hệ thống 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 14 Mơ hình hóa Ph ơng pháp há mơ hì hình h hó hóa hỉ có ó thể hể áp d dụng ta biết rõ cấu trúc hệ thống qui luật vật lý chi phối hoạt động hệ thống thống Các định luật vật lý: Điện Cơ học Nhiệt L u chất lỏng L u chất ấ khí 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 15 Thí dụ mơ hình hóa Động DC liên kết ế với tải ả qua khớp nối ố mềm ề Sơ đồ khối Motor 31 August 2012 Coupling © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Load 16 Thí dụ mơ hình hóa Thí dụ mơ hình hóa Các ph ơng trình vi phân rút từ định luật vật lý 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 17 Nh n d ng h th ng 31 August 2012 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 18 Nh n d ng h th ng Nhận dạng hệ thống ph ơng pháp xây dựng mơ hình tốn hệ thống dựa vào liệu vào quan sát đ ợc (t) () u(t) () H ä thoá Hệ h u(k) (k) (k,) y(k) Mô hình 31 August 2012 y(t) ŷ(k,) © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 19 Các bư c nh n d ng h th ng Bốn b ớc Bố nhận hậ dạng d hệ thống: hố Thí nghiệm thu thập số liệu Chọn cấu ấ trúc mơ hình ớc l ợng thông số Đánh giá mô hình 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 20 Vòng lặp nh n d ng h th ng Thô ông tin biết trước h hệ thống: qui lu uật vật lý, ccác phát bie ểu ngôn ng gữ, … Thí nghiệm thu thập liệu Xư ly Xử lý sơ liệu Chọn cấu trúc mô hình Chọn tiêu chuẩn ước lương ươc lượng Ước lượng thông số Không tốt xét lạïi thông tin biết trước 31 August 2012 Đánh giá mô hình Không tốt lặp lại Tốt chấp nhận mô hình © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 21 Kiến th c liên quan đến nh n d ng h th ng Lý th thuyết ết tín tí hiệu hiệ (tín (tí hiệu, hiệ nhiễu, hiễ ă l ợng, công ô suất,…) Xác xuất thống kê (xác xuất, xuất kỳ vọng, vọng ph ơng sai sai,…)) Đại số tuyến tính (các phép tính ma trận) Ph ơng pháp tính (tối u hóa dùng ph ơng pháp số) 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 22 Thí dụ nh n d ng h th ng Nhận dạng Nhậ d hệ thống thố s ởi dù dùng l ợng mặt trời 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 23 Thí dụ nh n d ng h th ng 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 24 ... Đánh giá mơ hình Ch ơng 7: Thực nhận dạng hệ thống Ch ơng 8: Nhận dạng hệ thống kín Tiểu luận: Tìm hiểu lý thuyết ứng dụng mơ hình hóa nhận dạng hệ thống 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK... 18 Nh n d ng h th ng Nhận dạng hệ thống ph ơng pháp xây dựng mơ hình tốn hệ thống dựa vào liệu vào quan sát đ ợc (t) () u(t) () H ä thố Hệ h u(k) (k) (k,) y(k) Mô hình 31 August 2012 y(t)... model) Kết hợp mơ hình hóa nhận dạng hệ thống Mơ hình hộp ộp xám (g (gray-box y model)) 31 August 2012 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 11 ng dụng c a mơ hình Thiết kế hệ thống Thiế hố Mô Dự báo