mô hình hóa chuong 3

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG3.1.Khái niệm chung - Từ một MH toán học của hệ thống thực  có thể tìm thông tin về hệ thống thực bằng nhiều phương pháp: PP Giải tích – PP Số.. + PP Gi

• Nội dung

– C1: Vai trò của mô hình hóa hệ thống

– C2: Khái niệm cơ bản về mô hình hóa hệ thống.

– C3: Phương pháp mô phỏng.

– C4: Mô phỏng hệ thống liên tục.

– C5: Mô hình hóa các hệ ngẫu nhiên.

– C6: Mô phỏng hệ thống hàng đợi.

– Ứng dụng Matlab Simulink trong mô phỏng các

hệ thống điều khiển tự động.

MÔ HÌNH HÓA

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.1.Khái niệm chung

- Từ một MH toán học của hệ thống thực  có thể tìm thông tin về hệ thống thực bằng nhiều phương pháp: PP Giải tích – PP Số

+ PP Giải tích: áp dụng cho MH tương đối đơn giản

+ PP số (PP mô phỏng): áp dụng cho những hệ thống lớn, cấu trúc phức tạp… - Tức là xây dựng mô hình dưới dạng mô hình số (Numerical model) hay mô hình được thể hiện bằng các chương trình máy tính

- Người ta mô hình hóa bản thân hệ thống S với các mối quan hệ nội tại trong S đồng thời mô hình hóa môi trường làm việc E của hệ thống

và mối quan hệ giữa S – E

- Khi xây dựng thành công mô hình số của hệ thống ta tiếp tục “Thực nghiệm” trên mô hình nhiều lần và kết quả được đánh giá theo xác suất

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.2.Bản chất của phương pháp mô phỏng

- Mô phỏng là quá trình xây dựng mô hình toán học của hệ thống thực

 tiến hành tính toán thực nghiệm trên mô hình để mô tả, giải thích và

dự đoán hành vi của hệ thống thực

- Phương pháp mô phỏng có 3 đặc điểm:

*Mô hình phải có tính đồng nhất với hệ thống thực, tuy nhiên mô hình phải có tính thực dụng, thuận tiện cho người sử dụng

*Mô hình phải có khả năng làm thực nghiệm trên mô hình tức các chương trình máy tính xây dựng lên phải chạy được để xác định các thông tin về hệ thực

*Mô hình phải có khả năng dự đoán hành vi của hệ thực tức là có thể mô tả sự phát triển của hệ thực theo thời gian

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.2.Bản chất của phương pháp mô phỏng

- Ứng dụng của PP mô phỏng:

* Phân tích và thiết kế hệ thống sản xuất, lập kế hoạch sản xuất

* Đánh giá phần cứng và phần mềm của hệ thống máy tính

* Quản lý và xác định chính sách mua sắm, phân phối hàng hóa của

hệ thống kho vận, vật tư, nguyên liệu

* Trong quân sự có thể xây dựng các mô hình phòng thủ, tấn công cũng như kỹ chiến thuật trong chiến đấu

* Trong giao thông chúng ta có thể xây dựng mô hình mô phỏng mạng lưới giao thông tìm bài toán tối ưu trong vận chuyển

* Phân tích thiết kế hệ thống thông tin liên lạc

* Phân tích thiết kế hệ thống phục vụ công cộng như bưu điện, nhà hàng, khách sạn, siêu thị, bệnh viện

* Phân tích, đánh giá hệ thống tài chính…

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.2.Bản chất của phương pháp mô phỏng

- Ứng dụng của PP mô phỏng trong các giai đoạn:

hệ thống trước khi tiến hành thiết kế nhằm xác định độ nhạy của hệ thống đối với sự thay đổi cấu trúc và tham số của hệ thống

để phân tích tổng hợp các phương án thiết kế để chọn ra phương án phù hợp nhất so với các chỉ tiêu

ta tìm ra các thông số vận hành tối ưu

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

Kết luận về hệ thực Kết quả mô phỏng

Mô hình hóa

Xử lý kết quả

T hử

n gi ệm

Hình 3.1 Quá trình nghiên cứu bằng PP mô phỏng

3.3.Các bước nghiên cứu mô phỏng

1 Mục tiêu mô phỏng 2.Thu thập dữ liệu – Xác định MH nguyên lý

4 Xây dựng mô hình mô phỏng

5 Chạy thử

7 Lập kế hoạch thử nghiệm

8 Thực nghiệm mô phỏng

9 Xử lý kết quả mô phỏng

10 Sử dụng và lưu trữ kết quả mô phỏng

6 Kiểm chứng mô hình mô phỏng

3 Hợp thức mô hình nguyên lý 0

0 1

1

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.4.Ưu nhược điểm của phương pháp mô phỏng

a) Ưu điểm

- Có khả năng nghiên cứu các hệ thống lớn, phức tạp, phi tuyến, ngẫu nhiên mà pp giải tích không giải được

- Có thể đánh giá đặc tính của hệ thống ngay cả hệ thống chưa tồn tại còn trong quá trình nghiên cứu thiết kế

- Có thể đánh giá, so sánh giữa các phương án khác nhau của cùng một hệ thống

- Có thể nghiên cứu nhanh chóng với hệ thống thực diễn ra trong khoảng thời gian dài

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.4.Ưu nhược điểm của phương pháp mô phỏng

b) Nhược điểm

- PP mô phỏng đòi hỏi công cụ là máy tính và phần mềm phù hợp

- Kết quả mà PP này tạo ra có khối lượng lớn các dữ liệu có tính thống

kê xác suất, do đó đòi hỏi cần có nhiều chuyên gia thành thạo về phân tích, xử lý số liệu

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.5.So sánh phương pháp mô phỏng với phương pháp giải tích

Mô hình hệ thống

PP Giải tích PP Mô phỏng

Lời giải tổng quát và chính xác

Mô hình chỉ giải được khi sử

dụng pp gần đúng

Đưa ra kết quả cuối cùng khi

hệ thống được mô tả bởi các

phương trình giải được

Lời giải số từng bước là các đánh giá theo xác suất

Mô hình vẫn giải được mà không cần sử dụng pp gần đúng

Đưa ra kết quả cuối cùng là chuỗi số Khi đó phải phân tích

số liệu

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.6.Ngôn ngữ và thiết bị mô phỏng

a) Ngôn ngữ mô phỏng

Ngôn ngữ mô phỏng thường là các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng như: Pascal, Fortran, C, VB, VC…

Tuy nhiên để tiết kiệm thời gian cũng như thuận tiện người ta dùng ngay các ngôn ngữ mô phỏng chuyên dụng như Matlab, Simscript…

do một số nguyên nhân:

- Thời gian xây dựng mô hình ngắn

- Dễ dàng thay đổi cấu trúc và thông số của mô hình

- Dễ gỡ rối và sửa sai

- KQ mô phỏng cung cấp cho người dùng dưới dạng thuận tiện nhất

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.6.Ngôn ngữ và thiết bị mô phỏng

b) Thiết bị mô phỏng

* Là một phần mềm chuyên dụng mô phỏng một hệ thống cụ thể

* Thiết bị mô phỏng không đòi hỏi phải lập trình như ngôn ngữ mô phỏng ở trên, chúng được dùng để huấn luyện nhanh cho người vận hành: VD huấn luyện lái máy bay, tàu thủy hay ở các nhà máy xi măng, điện…

* Do thiết bị mô phỏng là phần mềm được viết ra chỉ áp dụng cho một đối tượng cụ thể Do đó loại này thường có giá thành rất đắt, chỉ sử dụng cho các hệ thống quan trọng

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.7.Các phương pháp mô phỏng

Tùy thuộc vào trạng thái của hệ thống thay đổi liên tục hay gián đoạn

mà ta có 2 pp cơ bản là PP mô phỏng liên tục và pp mô phỏng gián đoạn

a) PP Mô phỏng liên tục(Continuous Simulation)

Được dùng cho hệ liên tục mà mô hình của nó được biểu diễn bằng các phương trình vi phân

- Nếu pt vi phân đơn giản ta có thể dùng pp giải tích để tìm được kết quả tổng quát là giá trị của biến trạng thái tại thời điểm t = 0

- Nếu pt vi phân phức tạp chúng ta phải dùng pp số như pp tích phân Runge – Kutta để giải và lấy KQ của biến trạng thái tại thời điểm t = 0

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.7.Các phương pháp mô phỏng

b) PP Mô phỏng gián đoạn(Discrete Event Simulation)

Được dùng cho hệ gián đoạn Trong những hệ này sự kiện xảy ra tại các thời điểm gián đoạn và làm thay đổi trạng thái của hệ thống

c) Ngoài hai pp cơ bản trên còn tồn tại một số pp mô phỏng khác như:

PP mô phỏng liên tục – gián đoạn (Combined Discrete – Continuous Simulation) hay pp Monte – Carlo Simulation)