Bài giảng Mô hình hóa và điều khiển - Chương 3: Phương pháp mô phỏng

Bài giảng Mô hình hóa và điều khiển - Chương 3: Phương pháp mô phỏng, cung cấp cho người học những kiến thức như: Bản chất của phương pháp mô phỏng; Các bước nghiên cứu mô phỏng; Ưu nhược điểm của phương pháp mô phỏng; So sánh phương pháp mô phỏng với phương pháp giải tích;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Mô hình hóa và điều khiển - Chương 3: Phương pháp mô phỏng MÔ HÌNH HÓA • Nội dung – C1: Vai trò của mô hình hóa hệ thống – C2: Khái niệm cơ bản về mô hình hóa hệ thống. – C3: Phương pháp mô phỏng. – C4: Mô phỏng hệ thống liên tục. – C5: Mô hình hóa các hệ ngẫu nhiên. – C6: Mô phỏng hệ thống hàng đợi. – Ứng dụng Matlab Simulink trong mô phỏng các hệ thống điều khiển tự động. 1 CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 3.1.Khái niệm chung - Từ một MH toán học của hệ thống thực  có thể tìm thông tin về hệ thống thực bằng nhiều phương pháp: PP Giải tích – PP Số. + PP Giải tích: áp dụng cho MH tương đối đơn giản + PP số (PP mô phỏng): áp dụng cho những hệ thống lớn, cấu trúc phức tạp… - Tức là xây dựng mô hình dưới dạng mô hình số hay mô hình được thể hiện bằng các chương trình máy tính. - Người ta mô hình hóa bản thân hệ thống S với các mối quan hệ nội tại trong S đồng thời mô hình hóa môi trường làm việc E của hệ thống và mối quan hệ giữa S – E. - Khi xây dựng thành công mô hình số của hệ thống ta tiếp tục “Thực nghiệm” trên mô hình nhiều lần và kết quả được đánh giá theo xác suất. 2 CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 3.2.Bản chất của phương pháp mô phỏng - Mô phỏng là quá trình xây dựng mô hình toán học của hệ thống thực  tiến hành tính toán thực nghiệm trên mô hình để mô tả, giải thích và dự đoán hành vi của hệ thống thực. - Theo khái niệm thì pp mô phỏng có 3 đặc điểm: *Mô hình phải có tính đồng nhất với hệ thống thực, tuy nhiên mô hình phải có tính thực dụng, thuận tiện cho người sử dụng. *Mô hình phải có khả năng làm thực nghiệm trên mô hình tức các chương trình máy tính xây dựng lên phải chạy được để xác định các thông tin về hệ thực. *Mô hình phải có khả năng dự đoán hành vi của hệ thực tức là có thể mô tả sự phát triển của hệ thực theo thời gian. 3 CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 3.2.Bản chất của phương pháp mô phỏng - Ứng dụng của PP mô phỏng: * Phân tích và thiết kế hệ thống sản xuất, lập kế hoạch sản xuất. * Đánh giá phần cứng và phần mềm của hệ thống máy tính. * Quản lý và xác định chính sách mua sắm, phân phối hàng hóa của hệ thống kho vận, vật tư, nguyên liệu. * Trong quân sự có thể xây dựng các mô hình phòng thủ, tấn công cũng như kỹ chiến thuật trong chiến đấu. * Trong giao thông chúng ta có thể xây dựng mô hình mô phỏng mạng lưới giao thông tìm bài toán tối ưu trong vận chuyển. * Phân tích thiết kế hệ thống thông tin liên lạc. * Phân tích thiết kế hệ thống phục vụ công cộng như bưu điện, nhà hàng, khách sạn, siêu thị, bệnh viện. * Phân tích, đánh giá hệ thống tài chính… 4 CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 3.2.Bản chất của phương pháp mô phỏng - Ứng dụng của PP mô phỏng trong các giai đoạn: + Giai đoạn nghiên cứu: PP mô phỏng được ứng dụng nhằm khảo sát hệ thống trước khi tiến hành thiết kế nhằm xác định độ nhạy của hệ thống đối với sự thay đổi cấu trúc và tham số của hệ thống. + Giai đoạn thiết kế: PP mô phỏng được áp dụng trong giai đoạn này để phân tích tổng hợp các phương án thiết kế để chọn ra phương án phù hợp nhất so với các chỉ tiêu. + Giai đoạn vận hành hệ thống: Khi đó PP mô phỏng giúp cho chúng ta tìm ra các thông số vận hành tối ưu 5 CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG Mô hình hóa Hệ thống thực Mô hình mô phỏng Thử ngiệm Hiệu chỉnh Kết luận về hệ thực Xử lý kết quả Kết quả mô phỏng Hình 3.1. Quá trình nghiên cứu bằng PP mô phỏng 6 3.3.Các bước nghiên cứu mô phỏng 1. Mục tiêu mô phỏng 2.Thu thập dữ liệu – Xác định MH nguyên lý 0 3. Hợp thức mô hình nguyên lý 1 4. Xây dựng mô hình mô phỏng 5. Chạy thử 0 6. Kiểm chứng mô hình mô phỏng 1 7. Lập kế hoạch thử nghiệm 8. Thực nghiệm mô phỏng 9. Xử lý kết quả mô phỏng 7 10. Sử dụng và lưu trữ kết quả mô phỏng CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 3.4.Ưu nhược điểm của phương pháp mô phỏng a). Ưu điểm - Có khả năng nghiên cứu các hệ thống lớn, phức tạp, phi tuyến, ngẫu nhiên mà pp giải tích không giải được. - Có thể đánh giá đặc tính của hệ thống ngay cả hệ thống chưa tồn tại còn trong quá trình nghiên cứu thiết kế. - Có thể đánh giá, so sánh giữa các phương án khác nhau của cùng một hệ thống. - Có thể nghiên cứu nhanh chóng với hệ thống thực diễn ra trong khoảng thời gian dài. 8 CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 3.4.Ưu nhược điểm của phương pháp mô phỏng a). Nhược điểm - PP mô phỏng đòi hỏi công cụ là máy tính và phần mềm phù hợp. - Kết quả mà PP này tạo ra có khối lượng lớn các dữ liệu có tính thống kê xác suất, do đó đòi hỏi cần có nhiều chuyên gia thành thạo về phân tích, xử lý số liệu. 9 CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 3.5.So sánh phương pháp mô phỏng với phương pháp giải tích Mô hình hệ thống PP Giải tích PP Mô phỏng ...