Mô hình hóa nhận dạng và mô phỏng

11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 1 MO HÌNH HOÙA, NHAÄN DAÏNG VAØ MO PHOÛNGÂ Ù Ä Ï Ø Â Û Giaûng vieân: Huyønh Thaùi Hoaøng Boä moân Ñieàu Khieån Töï Ñoäng Khoa Ñieän – Ñieän Töû Ñaïi hoïc Baùch Khoa TP.HCM Email: hthoang@dee.hcmut.edu.vn Moân hoïc â ï 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 2 ‘ Chöông 1: Giôùi thieäu ‘ Chöông 2: Moâ hình hoùa ‘ Chöông 3: Nhaän daïng moâ hình khoâng tham soá ‘ Chöông 4: Nhaän daïng moâ hình coù tham soá ‘ Chöông 5: Ñaùnh giaù chaát löôïng moâ hình ‘ Chöông 6:Thöïc hieän nhaän daïng heä thoáng ‘ Chöông 7: Nhaän daïng heä thoáng kín ‘ Chöông 8: Moâ phoûng Noäi dung moân hoïcä â ï 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 3 [1] L. Ljung , System Identification – Theory for the 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, Englewood Cliffs, New Jersey, 1994. [4] B.S. Bennett, Simulation Fundamental, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1995. Taøi lieäu tham khaûoø ä û 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 4 GIÔÙI THIEÄUÙ Ä Chöông 1 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 5 ‘ Heä thoáng ñoäng vaø moâ hình ‘Moâ hình hoùa ‘ Nhaän daïng heä thoáng Noäi dung chöông 1ä 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 6 Heä thoáng ñoäng vaø moâ hìnhä á ä ø â 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 7 Heä thoángä á Hệ thống là đối tượng trong đó các biến tương tác với nhau tạo ra tín hiệu quan sát được (Ljung, 1999) Heä thoáng w(t) u(t) v(t) y(t) u: tín hiệu vào y: tín hiệu ra w: nhiễu đo được v: nhiễu không đo được 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 8 Heä thoáng ñoängä á ä Hệ thống động là hệ thống trong đó tín hiệu ra không chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào ở hiện tại mà còn phụ thuộc vào tín hiệu ra và tín hiệu vào trong quá khứ. Quan heä vaøo ra cuûa heä thoáng ñoäng coù theå moâ taû baèng phöông trình vi phaân (heä lieân tuïc) hoaëc phöông trình sai phaân (heä rôøi raïc). 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 9 Moâ hình⠑Moâ hình cuûa moät heä thoáng laø quan heä giaû thieát (assumed relationship) giöõa caùc tín hieäu quan saùt ñöôïc cuûa heä thoáng ñoù. ‘Moâ hình toaùn hoïc laø (caùc) bieåu thöùc toaùn hoïc moâ taû quan heä vaøo ra cuûa heä thoáng ŽMH trong miền thời gian – MH trong miền tần số ŽMH liên tục – MH rời rạc ŽMH tuyến tính – MH phi tuyến ŽMH tham số – MH không tham số,… 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 10 Caùch xaây döïng moâ hình toaùn hoïcù â ï â ù ï Mô hình toán học xây dựng bằng cách ‘Mô hình hóa (System Modeling) ‘ Nhận dạng hệ thống (System Identification) ‘ Kết hợp mô hình hóa và nhận dạng hệ thống 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 11 ÖÙng duïng cuûa moâ hìnhÙ ï û ⠑ Thieát keá heä thoáng ‘Moâ phoûng ‘ Döï baùo ‘ Phaùt hieän, chuaån ñoaùn loãi ‘ Toái öu hoùa 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 12 Moâ hình hoùaâ ù 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 13 Moâ hình hoùaâ ù ‘Moâ hình hoùa laø phöông phaùp xaây döïng moâ hình toaùn cuûa heä thoáng baèng caùch döïa vaøo caùc qui luaät vaät lyù chi phoái hoaït ñoäng cuûa heä thoáng ‘ Ba bước mô hình hóa: ŽPhân tích chức năng: phân tích hệ thống thành các khối chức năng, trong đó mô hình toán của các khối chức năng đã biết hoặc có thể rút ra được dựa vào các qui luật vật lý. ŽPhân tích vật lý: rút ra mô hình toán của các khối chức năng dựa vào các qui luật vật lý. ŽPhân tích toán học: các khối chức năng được kết nối toán học để được mô hình của hệ thống. 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 14 Moâ hình hoùaâ ù ‘ Phöông phaùp moâ hình hoùa chæ coù theå aùp duïng khi ta ñaõ bieát roõ caáu truùc cuûa heä thoáng vaø caùc qui luaät vaät lyù chi phoái hoaït ñoäng cuûa heä thoáng. ‘ Caùc ñònh luaät vaät lyù ŽÑieän ŽCô hoïc ŽNhieät ŽLöu chaát loûng ŽLöu chaát khí 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 15 Thí duï moâ hình hoùaï â ù ‘ Ñoäng cô DC lieân keát vôùi taûi qua khôùp noái meàm ‘ Sô ñoà khoái 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 16 Thí duï moâ hình hoùaï â ù ‘ Sô ñoà töông ñöông ‘ Caùc phöông trình vi phaân ruùt ra töø caùc ñònh luaät vaät lyù 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 17 Nhaän daïng heä thoángä ï ä á 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 18 Nhaän daïng heä thoángä ï ä á ‘ Nhận dạng hệ thống là phương pháp xây dựng mô hình toán của hệ thống dựa vào dữ liệu vào ra quan sát được. Heä thoáng Moâ hình u(t) y(t) ŷ(t,θ) ν (t) 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 19 Caùc böôùc nhaän daïng heä thoángù ù ä ï ä á Bốn bước nhận dạng hệ thống: ‘ Thí nghiệm thu thập số liệu ‘ Chọn cấu trúc mô hình ‘ Ước lượng thông số ‘ Đánh giá mô hình 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 20 Voøng laëp nhaän daïng heä thoángø ë ä ï ä á Thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu T h o â n g t i n b i e á t t r ö ô ù c v e à h e ä t h o á n g : c a ù c q u i l u a ä t v a ä t l y ù , c a ù c p h a ù t b i e å u n g o â n n g ö õ , … Toát ⇒ chaáp nhaän moâ hình Khoâng toát ⇒ laëp laïi Khoâng toát ⇒ xeùt laïi thoâng tin bieát tröôùc Xöû lyù sô boä döõ lieäu Choïn caáu truùc moâ hình Choïn tieâu chuaån öôùc löôïng Öôùc löôïng thoâng soá Ñaùnh giaù moâ hình 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 21 ‘ Lyù thuyeát tín hieäu (tín hieäu, nhieãu, naêng löôïng, coâng suaát,…) ‘ Xaùc xuaát thoáng keâ (xaùc xuaát, kyø voïng, phöông sai,…) ‘ Ñaïi soá tuyeán tính (caùc pheùp tính treân ma traän) ‘ Phöông phaùp tính (toái öu hoùa duøng phöông phaùp soá) Kieán thöùc lieân quaná ù â ñeán nhaän daïng heä thoángá ä ï ä á 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 22 Thí duï nhaän daïng heä thoángï ä ï ä á ‘ Nhaän daïng heä thoáng söôûi duøng naêng löôïng maët trôøi 11 September 2005 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 23 Thí duï nhaän daïng heä thoángï ä ï ä á