Modelling and simulation- mô hình hóa và mô phỏng- đỗ mạnh cường

MÔ HÌNH HOÁ VÀ MÔ PHỎNG

Dr.-Ing. Đỗ Mạnh Cường

305 – Hitech Center

Email: [email protected]

Trường Đại học Bách khoa Hà nội - Khoa Điện - Bộ môn Tự động hoá Xí nghiệp Công nghiệp

HUT, 05.03.2014 Modelling and Simulation Folie 2

I. Giới thiệu chung về môn học

Giáo trình:

• Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Phạm Thục Anh „Mô hình hoá hệ thống và mô phỏng“ NXB Khoa học và kỹ thuật – 2006.

• Huỳnh Thái Hoàng “Mô hình hóa, nhận dạng và mô phỏng”

Tài liệu tham khảo:

• Các bài báo trong các tạp chí nước ngoài về môn học.

Yêu cầu và mục tiêu của môn học:

• Làm việc theo nhóm.

• Tiếng Anh.

• Khả năng sử dụng máy tính, lập trình cơ bản để xây dựng mô hình của một hệ thống.

Khuyến khích khả năng làm việc độc lập và sáng tạo !!!

HUT, 05.03.2014 Modelling and Simulation Folie 3

II.1 Tổng quan về Mô hình hoá và mô phỏng

Lịch sử ra đời:

• Được ra đời từ những năm 40 của TK20 (WW.II)

Phạm vi ứng dụng và nghiên cứu:

• Được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực, ở nhiều cấp độ khác

nhau:

– 100% các cơ sở nghiên cứu phát triển sử dụng phương pháp mô

hình hoá và các công cụ mô phỏng.

– Hơn 90% các hãng sản xuất sử dụng kỹ thuật mô phỏng trong

các giai đoạn sản xuất (nghiên cứu, tối ưu hoá và phát triển các

sản phẩm mới).

• Ngày càng nhiều các hãng đầu tư vào phát triển kỹ thuật mô phỏng.

HUT, 05.03.2014 Modelling and Simulation Folie 4

II.1 Tổng quan về Mô hình hoá và mô phỏng

Thế nào là mô hình hoá ?

• Nhận dạng một đối tượng hay hệ thống.

• Xác định được các thành phần (yếu tố) chính, cốt lõi và cần thiết.

• Phân tích các tác động qua lại giữa chúng.

Tại sao phải mô hình hoá ?

• Có được sự hiểu biết về đối tượng hay hệ thống đang quan tâm.

• Để dự đoán, mô phỏng và điều khiển.

• Phát hiện các vấn đề mới phát sinh

HUT, 05.03.2014 Modelling and Simulation Folie 5

II.2 Một số khái niệm cơ bản

• Đối tượng (Object):

• Hệ thống (System):

• Trạng thái của hệ thống (State of System):

• Mô hình (Model):

• Mô hình hoá (Modelling):

• Mô phỏng (Simulation, Imitation):

HUT, 05.03.2014 Modelling and Simulation Folie 6

II.3 Hệ thống và mô hình hệ thống

Ví dụ II.1: Hệ thống ổn định tốc độ của động cơ điện một chiều

BĐK Mạch lực ĐCMC Tải

r(t)

y(t)

e(t) u(t)

r(t): Tín hiệu đặt

y(t): Tín hiệu thực

e(t): Sai lệch

u(t): Tín hiệu điều khiển

+ -

HUT, 05.03.2014 Modelling and Simulation Folie 7

II.3 Hệ thống và mô hình hệ thống

Ví dụ II.2: Hệ thống điều hành nhà máy nhiệt điện

Cấp liệu Lò hơi &

gia nhiệt Turbin Đầu vào

Kế hoạch

sản xuất

Máy

phát

Phân phối

điện

TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN VÀ

GIÁM SÁT

HUT, 05.03.2014 Modelling and Simulation Folie 8

II.3 Hệ thống và mô hình hệ thống

Sự kiện

(Event)

Trạng thái của hệ thống tại một thời điểm nhất định được

mô tả bởi tập hợp các biến trạng thái (state variables)

Thực thể

(Entity)

Các thuộc tính

(Attributes)

Các hoạt động?

(Activities)

HUT, 05.03.2014 Modelling and Simulation Folie 9

II.3 Hệ thống và phương pháp nghiên cứu hệ thống

Nghiên cứu hệ thống

Hệ thực Mô hình thay thế

Ưu điểm:

- Cho kết quả sát thực nhất

Nhược điểm:

- Tốn kém

- Không phải lúc nào cũng khả thi

Ưu điểm:

- Đơn giản và thuận tiện nhất.

- Chi phí thấp, hoàn toàn khả thi

Nhược điểm:

- Độ chính xác không cao

HUT, 05.03.2014 Modelling and Simulation Folie 10

II.4 Xu hướng phát triển của Mô hình hoá và mô phỏng

Ban đầu, phương pháp giải tích được áp dụng để mô hình hoá hệ thống.

Phương pháp mô phỏng được phát triển và ứng dụng rộng rãi nhờ ứng

dụng công nghệ máy tính => Xây dựng mô hình mô phỏng:

- Độ chính xác cao hơn.

- Gần sát với hệ thống thực hơn.

- Áp dụng được cho các hệ thống lớn, có cấu trúc phức tạp.

- Thiết kế lựa chọn cấu trúc, tối ưu và dự đoán trạng thái của hệ

thống.

- Định hướng khi xây dựng các hệ thống mới.

HUT, 05.03.2014 Modelling and Simulation Folie 11

II.4 Ứng dụng của Mô hình hoá và mô phỏng

Gặp khó khăn khi nghiên cứu trên hệ thống thực:

• Giá thành hệ thống thực quá đắt.

• Thời gian nghiên cứu trên hệ thực quá dài.

• Nghiên cứu trên hệ thống thực gây nguy hiểm.

• Không thể thực hiện được.

Dùng để đánh giá độ nhạy của hệ thống khi có các thay đổi:

• Thay đổi về cấu trúc.

• Thay đổi tham số

• Các tác nhân khác