Mô phỏng và nhận dạng

MÔ PHỎNG VÀ NHẬN DẠNG GV: Nguyễn Đức Minh 0989092281 Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU CHNG Mô HèNH MÔ PHỏNG MÔ HèNH to¸n häc Bài giảng Mơ & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU MỞ ĐẦU + Khái niệm mơ hình hóa mơ + Mơ hình hệ thống + Mơ hình tốn học + Phương trình vi phân + Ví dụ số mơ Matlab Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MƠ HÌNH HĨA & MƠ PHỎNG Bất kỳ hệ thống mơ hình hóa mơ lại máy tính Ưu điểm: - Có thể phân tích, nghiên cứu hệ tống phức tạp, xác định đặc tính, hành vi hệ thống - Dựa vào kết mô để xác định chế độ vận hành hệ thống - Đưa nhiều phương án từ lựa chọn phương án tối ưu - Có thể nghiên cứu xác hệ thống phức tạp, phi tuyến, ngẫu nhiên, tham số biến đổi theo thời gian KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MƠ HÌNH HĨA & MƠ PHỎNG Bất kỳ hệ thống mơ hình hóa mơ lại máy tính Nhược điểm: - Địi hỏi cơng cụ đắt tiền máy tính cấu hình cao phần mềm chun dụng - Phương pháp mô sinh khối lượng liệu lớn có tính thống kê xác suất, địi hỏi phải dùng cơng cụ thống kê để xử lý kết mô - Tốn nhiều thời gian chi phí Bài giảng Mơ & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MƠ HÌNH HĨA & MƠ PHỎNG - Mơ hình hóa phương pháp xây dựng mơ hình tốn hệ thống cách dựa vào quy luật vật lý chi phối hoạt động hệ thống - Phương pháp mơ hình hóa áp dụng ta biết rõ cấu trúc hệ thống quy định vật lý chi phối hoạt động hệ thống - Các định luật lật lý: + Điện + Cơ học + Nhiệt + Lưu chất lỏng + Lưu chất khí Bài giảng Mơ & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MƠ HÌNH HĨA & MƠ PHỎNG Mơ q trình xây dựng mơ hình tốn học hệ thống thực sau tiến hành tính tốn thực nghiệm mơ hình để mơ tả, giải thích dự đoán hành vi hệ thống thực Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU MƠ HÌNH HỆ THỐNG Mơ hình chia làm nhóm mơ hình vật lý mơ hình tốn học - Mơ hình vật lý cấu tạo phần tử vật lý phản ảnh định luật vật lý xảy mơ hình - Mơ hình tốn học mơ hình trừu tượng, biểu diễn biểu thức, phương trình tốn học Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU MƠ HÌNH HỆ THỐNG Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU MƠ HÌNH TỐN HỌC Một hệ thống bao gồm thành phần sau: - Đầu vào u(t) - Đầu y(t) - Tham số mơ hình b (parameter) Ví dụ: b b2 … bm 10 Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU 4.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRÊN SIMULINK Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU GIỚI THIỆU SIMULINK Một số thư viện Simulink: - Commonly Used Block: khối thường sử dụng - Continuous: hệ thống tuyến tính liên tục - Discontinuous: mơ hình hóa phần tử phi tuyến rơ le, phần tử bảo hòa … - Discrete: hệ thống tuyến tính gián đoạn - Logic & Bit Operations: khối logic so sánh logic - Math: khối hàm tốn học - Source: có khối nguồn tín hiệu - Sink: có khối thu nhận tín hiệu - User-Defined Function: khối, hàm định nghĩa người dùng -… Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU 4.1 THƯ VIỆN SIMULINK Để sử dụng thư viện Simulink, ta xây dựng mô hình cho khâu bậc chuẩn sau: d2 d 2 y ( t )   y ( t )   y ( t )  K  n n n u (t ) dt dt (4.1) Vẽ mơ hình khâu bậc với K = 1; ζ = 0.5; ωn = Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU 4.2 MƠ PHỎNG HỆ TUYẾN TÍNH Để biểu diễn hệ tuyến tính thời gian liên tục ta chọn khối “Continuous” cửa sổ Simulink Ví dụ khâu bậc tuyến tính tổng hợp từ khâu bậc hình sau: Sơ đồ Simulink vẽ sau: Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU 4.2 MÔ PHỎNG HỆ TUYẾN TÍNH Trong Simulink ta thấy có khâu tích phân, mơ hình lại có khâu đạo hàm với biến trạng thái x y Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU 4.2.1 KHỐI TRANSFER FCN Trong “Continuous” Simulink dùng để mô cho hệ tuyến tính có khối nhỏ “Transfer Fcn” “Zero-Pole” sử dụng để mô tả hàm liên tục Ví dụ: GC(s) GP(s) Bài giảng Mơ & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU 5.2.2 KHỐI STATE-SPACE Phương trình trạng thái hệ biểu diễn dạng sau: Trong đó:  x  A.x  B.u   y  C.x  D.u  a11 a12 a a22 21  A    an1 an a1n  a2 n    ann   b11 b12 b b22 21  B   bn1 bn b1r  b2 r    bnr   c11 c12 c c22 21  C   cm1 cm c1n  c2 n    cmn   d11 d D   12    d m1 d1r  d r    d mr  d12 d 22 dm2 Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU BÀI TẬP Cho bình sau: Viết phương trình vi phân hệ Cho thông số: A1 = 50; R1 = 0.2; A2 = 100; R2 = 0.3; F1 = 40 Sử dụng Simulink vẽ đặc tính H1(t) H2(t) cách sử dụng Fcn State-Space 10 Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU BÀI TẬP LỚN Ứng dụng Simulink để vẽ đặc tính dịng điện tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Các thơng số định mức động sau: Công suất định mức Pđm = 1.5 kW; Dòng điện định mức Iưđm = 8.7 A; Điện áp định mức Uđm = 200 V; Cơng suất định mức nđm = 1440 vịng/phút; Rư = số cuối mã sinh viên + Các thông số cần thiết khác tự chọn 11 Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU 4.3 MƠ PHỎNG HỆ THỐNG QÚA TRÌNH A1 = m2, A2 = m2, R1 = R2 = R3 = 40, h1(0) = m, h2(0) =0m Bơm nhiệt ΔH = với t = = 12 với t > A1 dh1 (t ) H  h1 (t ) h1 (t )   dt R1 R2 Viết phương trình vi phân h1(t) h2(t) Xây dựng sơ đồ khối simulink để vẽ đồ thị cho h1(t) h2(t) Giả sử ΔH đầu vào, h1(t) h2(t) đầu ra, xác định hệ phương trình khơng gian trạng thái hệ Xây dựng sơ đồ simulink hệ không gian trạng thái, vẽ đồ thị so sánh kết với câu 12 Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU 4.3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QÚA TRÌNH dh1 (t ) H  h1 (t ) h1 (t ) dh1 (t )   H  h1 ( t) h1 ( t) A1        dt R1 R2 dt A1  R1 R2  dh2 (t ) h1 (t ) h2 (t ) dh2 (t )  h1 (t ) h2 (t ) A2        dt R2 R3 dt A2  R2 R3  13 Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU 4.3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QÚA TRÌNH 14 Bài giảng Mơ & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU 4.3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QÚA TRÌNH Đặt biến x1 = h1, x2 =h2 Biến vào u = ΔH Biến y1 = x1 =h1 y2 = x2 = h2 15 Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU BÀI TẬP Cho biết: w1 = 100; w2 = 200 w = 300 x1 = 80%; x2 = 20% k  1/A  0.001 h(0) = xref = 40% Viết phương trình vi phân h(t) x(t) Xây dựng sơ đồ khối simulink để vẽ đồ thị cho h(t) x(t) 16 Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU BÀI TẬP Xây dựng sơ đồ khối simulink để vẽ đồ thị cho h(t) x(t) với thông số cho trước Sử dụng PID để điều khiển hệ thống 17 Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU ...CHNG Mô HèNH MÔ PHỏNG MÔ HèNH toán học Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU MỞ ĐẦU + Khái niệm mô hình hóa mơ + Mơ hình hệ thống + Mơ hình tốn... học Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU MƠ HÌNH HỆ THỐNG Bài giảng Mơ & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU MÔ HÌNH TỐN HỌC Một hệ thống bao gồm thành phần sau: - Đầu vào u(t) - Đầu... sau Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU ĐÁP ỨNG THỜI GIAN CỦA KHÂU BẬC NHẤT Bài giảng Mô & Nhận dạng GV: Nguyễn Đức Minh TLU MỘT SỐ KHÂU BẬC NHẤT THƯỜNG GẶP Một số mô hình có đặc