Bài giảng Mô hình hóa, nhận dạng và mô phỏng - Chương 1: Giới thiệu - Huỳnh Thái Hoàng

11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 1
MÔ HÌNH HÓA, NHẬN DẠNG VÀ MÔ PHỎNGÂ Ù Ä Ï Ø Â Û
Giảng viên: Huỳnh Thái Hoàng
Bộ môn Điều Khiển Tự Động
Khoa Điện – Điện Tử
Đại học Bách Khoa TP.HCM
Email: hthoang@dee.hcmut.edu.vn
Môn học â ï
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 2
‘ Chương 1: Giới thiệu 
‘ Chương 2: Mô hình hóa
‘ Chương 3: Nhận dạng mô hình không tham số
‘ Chương 4: Nhận dạng mô hình có tham số
‘ Chương 5: Đánh giá chất lượng mô hình
‘ Chương 6:Thực hiện nhận dạng hệ thống
‘ Chương 7: Nhận dạng hệ thống kín
‘ Chương 8: Mô phỏng
Nội dung môn họcä â ï
11 September 2005 © H. T. Hồng - 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.
Tài liệu tham khảò ä û
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 4
GIỚI THIỆÚ Ä
Chương 1
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 5
‘ Hệ thống động và mô hình 
‘Mô hình hóa
‘ Nhận dạng hệ thống
Nội dung chương 1ä
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 6
Hệ thống động và mô hìnhä á ä ø â
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 7
Hệ thốngä á
Hệ thống là đối tượng trong đĩ các biến tương tác với 
nhau tạo ra tín hiệu quan sát được (Ljung, 1999)
Hệ thống
w(t)
u(t)
v(t)
y(t)
u: tín hiệu vào
y: tín hiệu ra
w: nhiễu đo được
v: nhiễu khơng đo được
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 8
Hệ thống độngä á ä
Hệ thống động là hệ thống trong đĩ tín hiệu ra khơng chỉ 
phụ thuộc vào tín hiệu vào ở hiện tại mà cịn phụ thuộc 
vào tín hiệu ra và tín hiệu vào trong quá khứ. 
Quan hệ vào ra của hệ thống động có thể mô tả bằng 
phương trình vi phân (hệ liên tục) hoặc phương trình sai 
phân (hệ rời rạc). 
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 9
Mô hìnhâ
‘Mô hình của một hệ thống là quan hệ giả thiết 
(assumed relationship) giữa các tín hiệu quan sát được 
của hệ thống đó.
‘Mô hình toán học là (các) biểu thức toán học mô tả 
quan hệ vào ra của hệ thống
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 khơng tham số,
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 10
Cách xây dựng mô hình toán họcù â ï â ù ï
Mơ hình tốn học xây dựng bằng cách
‘Mơ hình hĩa (System Modeling)
‘ Nhận dạng hệ thống (System Identification)
‘ Kết hợp mơ hình hĩa và nhận dạng hệ thống
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 11
Ứng dụng của mô hìnhÙ ï û â
‘ Thiết kế hệ thống
‘Mô phỏng
‘ Dự báo
‘ Phát hiện, chuẩn đoán lỗi
‘ Tối ưu hóa
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 12
Mô hình hóâ ù
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 13
Mô hình hóâ ù
‘Mô hình hóa là phương pháp xây dựng mô hình toán 
của hệ thống bằng cách dựa vào các qui luật vật lý chi 
phối hoạt động của hệ thống 
‘ Ba bước mơ hình hĩa:
ŽPhân tích chức năng: phân tích hệ thống thành các 
khối chức năng, trong đĩ mơ hình tốn của các khối 
chức năng đã biết hoặc cĩ thể rút ra được dựa vào các 
qui luật vật lý.
ŽPhân tích vật lý: rút ra mơ hình tốn của các khối 
chức năng dựa vào các qui luật vật lý.
ŽPhân tích tốn học: các khối chức năng được kết nối 
tốn học để được mơ hình của hệ thống.
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 14
Mô hình hóâ ù
‘ Phương pháp mô hình hóa chỉ có thể áp dụng khi ta đã 
biết rõ cấu trúc của hệ thống và các qui luật vật lý chi 
phối hoạt động của hệ thống. 
‘ Các định luật vật lý
ŽĐiện
ŽCơ học
ŽNhiệt
ŽLưu chất lỏng
ŽLưu chất khí
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 15
Thí dụ mô hình hóạ â ù
‘ Động cơ DC liên kết với tải qua khớp nối mềm
‘ Sơ đồ khối
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 16
Thí dụ mô hình hóạ â ù
‘ Sơ đồ tương đương
‘ Các phương trình vi phân rút ra từ các định luật vật lý
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 17
Nhận dạng hệ thốngä ï ä á
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 18
Nhận dạng hệ thốngä ï ä á
‘ Nhận dạng hệ thống là phương pháp xây dựng mơ hình 
tốn của hệ thống dựa vào dữ liệu vào ra quan sát được.
Hệ thống
Mô hình
u(t) y(t)
ŷ(t,θ)
ν (t)
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 19
Các bước nhận dạng hệ thốngù ù ä ï ä á
Bốn bước nhận dạng hệ thống:
‘ Thí nghiệm thu thập số liệu
‘ Chọn cấu trúc mơ hình
‘ Ước lượng thơng số
‘ Đánh giá mơ hình
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 20
Vòng lặp nhận dạng hệ thốngø ë ä ï ä á
Thí nghiệm thu 
thập dữ liệu
T
h
o
â
n
g
t
i
n
b
i
e
á
t
t
r
ư
ơ
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
ư
õ
,
Tốt ⇒ chấp nhận mô hình
Không tốt ⇒ lặp lại
Không tốt ⇒ xét lại
thông tin biết trước
Xử lý sơ 
bộ dữ liệu
Chọn cấu trúc 
mô hình
Chọn tiêu chuẩn 
ước lượng
Ước lượng thông số
Đánh giá 
mô hình
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 21
‘ Lý thuyết tín hiệu (tín hiệu, nhiễu, năng lượng, công 
suất,)
‘ Xác xuất thống kê (xác xuất, kỳ vọng, phương sai,)
‘ Đại số tuyến tính (các phép tính trên ma trận)
‘ Phương pháp tính (tối ưu hóa dùng phương pháp số)
Kiến thức liên quaná ù â đến nhận dạng hệ thốngá ä ï ä á
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 22
Thí dụ nhận dạng hệ thốngï ä ï ä á
‘ Nhận dạng hệ thống sưởi dùng 
năng lượng mặt trời
11 September 2005 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 23
Thí dụ nhận dạng hệ thốngï ä ï ä á