Mô hình hóa và nhận dạng hệ thống - Chương 2

27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 1
MÔ HÌNH H
MÔ HÌNH H
Ó
Ó
A V
A V
À
À
NH
NH
Ậ
Ậ
N D
N D
Ạ
Ạ
NG H
NG H
Ệ
Ệ
TH
TH
Ố
Ố
NG
NG
Giảng viên: TS. Huỳnh Thái Hoàng
Bộ môn ĐiềuKhiểnTựĐộng, Khoa Điện–ĐiệnTử
ĐạihọcBáchKhoaTP.HCM
Email: ,

Homepage: />Môn h
Môn h
ọ
ọ
c
c
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 2
MÔ HÌNH H
MÔ HÌNH H
Ó
Ó
A
A
Chương
Chương
2
2
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 3
D. L. Smith, Introduction to Dynamic Systems
Modeling for Design, Prentice-Hall, Englewood Cliffs,
New Jersey, 1994.
T
T
à
à
i
i
li
li

ệ
ệ
u
u
tham
tham
kh
kh
ả
ả
o
o
chương
chương
2
2
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 4

Giớithiệu

Phân tích chứcnăng

Phân tích vậtlý

Phân tích toán học

Mộtsố thí dụ
N
N
ộ

ộ
i
i
dung
dung
chương
chương
2
2
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 5
Gi
Gi
ớ
ớ
i
i
thi
thi
ệ
ệ
u
u
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 6
Mô
Mô
h
h
ì
ì
nh

nh
h
h
ó
ó
a
a

Mô hình hóa là phương pháp xây dựng mô hình toán củahệ thống
bằng cách dựa vào các qui luậtvậtlýchi phốihoạt động củahệ
thống.

Phương pháp mô hình hóa chỉ có thể áp dụng khi ta đãbiếtrõcấu
trúc củahệ thống và các qui luậtvật lý chi phốihoạt động củahệ
thống.

Các định luậtvậtlý

Điện

Cơ học

Nhiệt

Lưuchấtlỏng

Lưuchấtkhí
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 7
C
C

á
á
c
c
bư
bư
ớ
ớ
c
c
gi
gi
ả
ả
i
i
b
b
à
à
i
i
to
to
á
á
n
n
mô
mô

h
h
ì
ì
nh
nh
h
h
ó
ó
a
a

Phân tích chứcnăng: phântíchhệ thống thành các khốichứcnăng,
trong đómôhìnhtoáncủa các khốichứcnăng đãbiếthoặccóthể
rút ra đượcdựa vào các qui luậtvậtlý.

Phân tích vậtlý:rútramôhìnhtoáncủa các khốichứcnăng dựa
vào các qui luậtvậtlý.

Phân tích toán học: các khốichứcnăng đượckếtnốitoánhọc để
đượcmôhìnhcủahệ thống.
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 8
C
C
á
á
c
c
bư

bư
ớ
ớ
c
c
gi
gi
ả
ả
i
i
b
b
à
à
i
i
to
to
á
á
n
n
mô
mô
h
h
ì
ì
nh

nh
h
h
ó
ó
a
a
Mô hình hóa
Phân tích chức năng Phân tích vật lý Phân tích toán học
Cô lập hệ thống
Phân tích HT con
Quan hệ nhân quả
Quan hệ giữa các
đại lượng cơ bản
Các đ.luật bảo toàn
Lý tưởng hóa
phần tử vật lý
Xây dựng hệ PT
mô tả hệ thống
Tuyến tính hóa
Đại số sơ đồ khối
Đánh giá mô hình
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 9
Phân
Phân
t
t
í
í
ch

ch
ch
ch
ứ
ứ
c
c
năng
năng
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 10
C
C
á
á
c
c
bư
bư
ớ
ớ
c
c
gi
gi
ả
ả
i
i
b
b

à
à
i
i
to
to
á
á
n
n
mô
mô
h
h
ì
ì
nh
nh
h
h
ó
ó
a
a
Mô hình hóa
Phân tích chức năng Phân tích vật lý Phân tích toán học
Cô lập hệ thống
Phân tích HT con
Quan hệ nhân quả
Quan hệ giữa các

đại lượng cơ bản
Các đ.luật bảo toàn
Lý tưởng hóa
phần tử vật lý
Xây dựng hệ PT
mô tả hệ thống
Tuyến tính hóa
Đại số sơ đồ khối
Đánh giá mô hình
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 11
Kh
Kh
á
á
i
i
ni
ni
ệ
ệ
m
m

Phân tích chứcnăng là phân tích hệ thống cần mô hình hóa thành
nhiềuhệ thống con, mỗihệ thống con gồm nhiềubộ phậnchức
năng (functional component).

Khi phân tích chứcnăng cần để ý:

liên kếtvậtlý(connectivity): các bộ phậnnàocủahệ thống kết

nốivới nhau?

quan hệ nhân quả (causality) các bộ phậnliênkếtvới nhau
như thế nào?

Ba bước phân tích chứcnăng:

Cô lậphệ thống

Phân tích hệ thống con

Xác định các quan hệ nhân quả
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 12
C
C
á
á
c
c
bư
bư
ớ
ớ
c
c
gi
gi
ả
ả
i

i
b
b
à
à
i
i
to
to
á
á
n
n
mô
mô
h
h
ì
ì
nh
nh
h
h
ó
ó
a
a
Mô hình hóa
Phân tích chức năng Phân tích vật lý Phân tích toán học
Cô lập hệ thống

Phân tích HT con
Quan hệ nhân quả
Quan hệ giữa các
đại lượng cơ bản
Các đ.luật bảo toàn
Lý tưởng hóa
phần tử vật lý
Xây dựng hệ PT
mô tả hệ thống
Tuyến tính hóa
Đại số sơ đồ khối
Đánh giá mô hình
27 October 2009 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 13
Cơ
Cơ
l
l
ậ
ậ
p
p
h
h
ệ
ệ
th
th
ố
ố
ng

ng
–
–
X
X
á
á
c
c
đ
đ
ị
ị
nh
nh
c
c
á
á
c
c
liên
liên
k
k
ế
ế
t
t
ngo

ngo
à
à
i
i

Xác định giớihạncủahệ thống cầnmơhìnhhóa

Cắtkếtnốigiữahệ thống khảosátvớimơitrường ngồi

Mỗikếtnốibị cắt được thay thế bằng mộtcổng để mơ tả sự tương
tác giữahệ thống và mơi trường.
Hệ thống Môi trường
U
Y
biên của hệ thống
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 14
C
C
ổ
ổ
ng
ng

Cổng (port) : là mộtcặp đầucuối (terminal) mà qua đónăng lượng
truyềnvàohoặcrakhỏihệ thống. Mộthệ thống có thể có nhiều
cổng (multiport system).

Mỗicổng có thể có mộthoặchaingõvào(kýhiệu là U) và mộthoặc
hai ngõ ra (ký hiệulàY)


Bốnloạicổng thường gặp:

Cơ khí (Structural)

Điện (Electrical)

Nhiệt (Thermal)

Lưuchất (Fluid)
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 15
C
C
ổ
ổ
ng
ng
cơ
cơ
kh
kh
í
í
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 16
C
C
ổ
ổ
ng
ng

đi
đi
ệ
ệ
n
n
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 17
C
C
ổ
ổ
ng
ng
nhi
nhi
ệ
ệ
t
t
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 18
C
C
ổ
ổ
ng
ng
lưu
lưu
ch
ch

ấ
ấ
t
t
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 19
Th
Th
í
í
d
d
ụ
ụ
:
:
Cô
Cô
l
l
ậ
ậ
p
p
h
h
ệ
ệ
tay
tay
m

m
á
á
y
y
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 20
Th
Th
í
í
d
d
ụ
ụ
:
:
Cô
Cô
l
l
ậ
ậ
p
p
h
h
ệ
ệ
tay
tay

m
m
á
á
y
y
(
(
tt
tt
)
)
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 21
Th
Th
í
í
d
d
ụ
ụ
:
:
Cô
Cô
l
l
ậ
ậ
p

p
h
h
ệ
ệ
th
th
ố
ố
ng
ng
l
l
à
à
m
m
m
m
á
á
t
t
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 22
Th
Th
í
í
d
d

ụ
ụ
:
:
Cô
Cô
l
l
ậ
ậ
p
p
h
h
ệ
ệ
th
th
ố
ố
ng
ng
l
l
à
à
m
m
m
m

á
á
t
t
(
(
tt
tt
)
)
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 23
Th
Th
í
í
d
d
ụ
ụ
:
:
Cô
Cô
l
l
ậ
ậ
p
p
b

b
ộ
ộ
phân
phân
trao
trao
đ
đ
ổ
ổ
i
i
nhi
nhi
ệ
ệ
t
t
trong
trong
h
h
ệ
ệ
th
th
ố
ố
ng

ng
l
l
à
à
m
m
m
m
á
á
t
t
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 24
Th
Th
í
í
d
d
ụ
ụ
:
:
Cô
Cô
l
l
ậ
ậ

p
p
b
b
ộ
ộ
phân
phân
trao
trao
đ
đ
ổ
ổ
i
i
nhi
nhi
ệ
ệ
t
t
trong
trong
h
h
ệ
ệ
th
th

ố
ố
ng
ng
l
l
à
à
m
m
m
m
á
á
t
t
(
(
tt
tt
)
)
27 October 2009 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 25
Th
Th
í
í
d
d
ụ

ụ
:
:
cô
cô
l
l
ậ
ậ
p
p
h
h
ệ
ệ
th
th
ố
ố
ng
ng
gi
gi
ả
ả
m
m
x
x
ó

ó
c
c