Tài liệu học tập Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điều khiển

(NB) Nội dung của giáo trình Mô hình hoá và mô phỏng hệ thống điều khiển gồm 7 chương trong mỗi chương bao gồm các phần nội dung chủ yếu sau: Vai trò của mô hình hoá hệ thống, khái niệm cơ bản về mô hình hoá hệ thống, phương pháp mô phỏng, mô phỏng hệ thống liên tục, mô hình hóa các hệ ngẫu nhiên, mô phỏng hệ thống hàng đợi, ứng dụng matlab-simulink mô phỏng các hệ thống điều khiển tự động.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu học tập Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điều khiển BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TÀI LIỆU HỌC TẬP MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Lưu hành nội bộ LỜI GIỚI THIỆU Mô hình hoá là một phương pháp nghiên cứu khoa học được ứng dụng rất rộng rãi: từ nghiên cứu, thiết kế đến chế tạo, vận hành. Ngày nay nhờ sự trợ giúp của máy tính có tốc độ tính nhanh, bộ nhớ lớn mà phương pháp mô hình hoá được phát triển mạnh mẽ và đưa lại hiệu quả lớn. Mô hình hoá và mô phỏng được ứng dụng không những vào lĩnh vực khoa học, công nghệ mà còn ứng dụng có hiệu quả vào nhiều lĩnh vực khác như quân sự, kinh tế và xã hội v.v.... Ngày nay mô hình hoá và mô phỏng là một công cụ mạnh của cán bộ nghiên cứu, cán bộ kỹ thuật để giải các bài toán kỹ sư. Giáo trình mô hình hoá và mô phỏng hệ thống điều khiển được giảng dạy cho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hoá, ngành công nghệ kỹ thuật điện - điện tử, đồng thời cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và cán bộ kỹ thuật của các ngành có liên quan Bài giảng được biên soạn theo đúng chương trình đào tạo và các quy định về cách trình bày của Nhà Trường. Nội dung của bài giảng gồm 7 chương trong mỗi chương bao gồm các phần nội dung chủ yếu sau: - Mục tiêu của chương. - Nội dung phần thảo luận. - Tóm tắt nội dung cốt lõi. - Bài tập ứng dụng và liên hệ thực tế. - Hướng dẫn tự học ở nhà. Do thời gian và trình độ có hạn nên bài giảng khó có thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Chúng tôi luôn mong nhận được sự góp ý của bạn đọc để bài giảng được tái bản hoàn thiện hơn trong những lần sau. Xin chân thành cám ơn! Nhóm biên soạn Võ Thu Hà – Chủ biên Nguyễn Thị Thành Phạm Văn Huy CHƯƠNG 1 VAI TRÒ CỦA MÔ HÌNH HOÁ HỆ THỐNG MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG - Hiểu rõ khái niệm và đặc điểm vai trò của mô hình hóa hệ thống và mô phỏng. - Nắm được sự triển vọng phát triển của các phương pháp mô hình hóa hệ thống. - Về thái độ: Học sinh, Sinh viên hiểu rõ khái niệm và đặc điểm vai trò của mô hình hóa hệ thống và mô phỏng và nắm được sự triển vọng phát triển của các phương pháp mô hình hóa hệ thống. 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG Ngày nay khó có thể tìm thấy lĩnh vực hoạt động nào của con người mà không sử dụng phương pháp mô hình hoá ở những mức độ khác nhau. Điều này đặc biệt quan trọng đối với lĩnh vực điều khiển các hệ thống (kỹ thuật, xã hội), bởi vì điều kiển chính là quá trình thu nhận thông tin từ hệ thống, nhận dạng hệ thống theo một mô hình nào đó và đưa ra quyết định điều khiển thích hợp. Quá trình này được tiếp diễn liên tục nhằm đưa hệ thống vận động theo một mục tiêu định trước. Quá trình phát triển khoa học kỹ thuật đi theo các bước cơ bản sau: Quan sát → thực nghiệm → nghiên cứu lý thuyết → tổ chức sản xuất. Mô hình hoá là một phương pháp khoa học trợ giúp cho các bước nói trên. Phương pháp mô hình hoá và mô phỏng được phát triển từ đại chiến thế giới lần thứ hai vào những năm 40 của thế kỷ 20. Lúc đó người ta ứng dụng phương pháp mô hình hoá và mô phỏng để nghiên cứu các phản ứng hạt nhân nhằm chế tạo bom nguyên tử. Ngày nay, nhờ có máy tính điện tử mà phương pháp mô hình hoá và mô phỏng phát triển nhanh chóng và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như các ngành khoa học xã hội khác nhau. Nhờ có phương pháp mô hình hoá và mô phỏng, người ta có thể phân tích, nghiên cứu các hệ thống phức tạp, xác định các đặc tính, hành vi hoạt động của hệ thống. Các kết quả mô phỏng được dùng để thiết kế, chế tạo cũng như xác định các chế độ vận hành của hệ thống. Đối với các hệ thống phức tạp, phi tuyến, ngẫu nhiên, các tham số biến đổi theo thời gian, phương pháp giải tích truyền thống không thể cho ta lời giải chính xác được. Lúc này phương pháp mô hình hoá và mô phỏng phát huy sức mạnh của mình và trong nhiều trường hợp nó là giải pháp duy nhất để nghiên cứu các hệ thống phức tạp trên. 1.2. MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN: - Đối tượng (object) là tất cả những sự vật, sự kiện mà hoạt động của con người có liên quan tới. 3 trúc và thông số tối ưu của hệ thống,... đồng thời mô hình cũng được dùng để đào tạo và huấn luyện. NỘI DUNG THẢO LUẬN 1. Nội dung phần thảo luận 1: Khái niệm chung về hệ thống và mô hình hệ thống 2. Nội dung phần thảo luận 2: Triển vọng phát triển của phương pháp mô hình hoá hệ thống và mô hình hệ thống TÓM TẮT NỘI DUNG CỐT LÕI Hiểu rõ khái niệm và đặc điểm vai trò của mô hình hóa hệ thống và mô phỏng. Nắm được sự triển vọng phát triển của các phương pháp mô hình hóa hệ thống. BÀI TẬP ỨNG DỤNG, LIÊN HỆ THỰC TẾ 1. Bài tập ứng dụng, liên hệ thực tế 1. Hãy xác định các thành phần của hệ thống là thực thể, thuộc tính, hoạt động, sự kiện, biến trạng thái của cảng biển được mô tả như sau: tàu đến cảng sẽ cập bến nếu còn chỗ trống, ngược lại sẽ phải xếp hàng chờ đến lượt. Tàu được các cần cẩu bốc dỡ hàng hoá. Khi hàng bốc xong tàu rời bến ngay. 2. Bài tập ứng dụng, liên hệ thực tế 2. Yêu cầu như câu một nhưng hệ thống là quán cà phê, trạm rửa xe. HƯỚNG DẪN TỰ Ở NHÀ Hãy lấy ví dụ chứng minh những khó khăn gặp phải khi nghiên cứu trên hệ thực và những ưu điểm khi chuyển sang nghiên cứu trên mô hình bằng phương pháp mô phỏng. 8 Hình 1.2 trình bày sơ đồ nđ(t) e(t) ...