Toán thiết kế hệ thống

Cho một dây chuyền công nghệ (Process = System+Signal) với dự toán tiềm năng, kinh phí xác định cùng với chỉ tiêu chất lượng sản phẩm cho trước. Yêu cầu Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho dây chuyền đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt được những yêu cầu đặt ra.Phương hướng giải quyết: Từ nội bài toán yêu cầu, ta thấy rằng chu trình giải quyết như sau:Bài toán thực tế (Phân tích bài toán) Mô hình hệ thống ĐKTĐGiải pháp thực tế (Thoả mãn)...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Toán thiết kế hệ thốngz Toán thiết kế hệ thống I TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG Nội dung bài toán: Cho một dây chuyền công nghệ (Process = System+Signal) với dự toán tiềm năng,kinh phí xác định cùng với chỉ tiêu chất lượng sản phẩm cho trước. Yêu cầu Thiếtkế hệ thống điều khiển tự động cho dây chuyền đảm bảo chất lượng sản phẩm đạtđược những yêu cầu đặt ra. Phương hướng giải quyết:Từ nội bài toán yêu cầu, ta thấy rằng chu trình giải quyết như sau: Bài toán thực tế Giải pháp thực tế (Phân tích (Thoả bài toán) mãn) Mô hình hệ thống ĐKTĐ Mô phỏng (Không thoả mãn) Quá trình được bắt đầu từ bước phân tích nội dung bài toán, từ đó ta đưa ra đượcmột mô hình hệ thống điều khiển, để kiểm tra ta thiết kế hệ trên máy tính và chạy môphỏng. Nếu hệ thống mô phỏng thoả mãn những chỉ tiêu đặt ra thì ta đi đến thiết kế, xâydựng hệ thống trên thực tế, còn nếu không đạt yêu cầu ta quay lại giai đoạn phân tích đểtìm ra một mô hình hệ khác. Sau khi đã có hệ thực tế ta phải tiến hành chạy thử nghiệmhệ thống thực, nếu hệ cũng đạt chất lượng yêu cầu thì ta mới tiến hành lắp đặt hệ thống,ngược lại thì ta phải quay lại thiết kế mô hình hệ thống cho đến khi tạo ra được hệ thốngthực đạt chất lượng như mong muốn. Thông thường, để thiết kế được một hệ thống điều khiển tự động thực ta phải mấtrất nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là giai đoạn chạy mô phỏng và thử nghiệm đểthay đổi thông số nhằm đạt được những yêu cầu công nghệ. Chính vì vậy vấn đề đặt ra là 1ta phải thiết kế được những hệ thống chạy ổn định, chính xác để có khả năng sử dụng lạitrong các trường hợp cần thiết, điều đó sẽ giúp giảm rất nhiều công sức thiết kế, chế tạo. Qua phân tích trên ta rút ra các bước để thiết kế một hệ thống điều khiển tự độngnhư sau: - Bước 1: Phân tích quá trình công nghệNhiệm vụ của bước này là ta phải xác định được các đặc điểm của hệ thống từ yêu cầucông nghệ đặt ra, bao gồm các công việc chính: + Tách các hệ con từ hệ thống lớn(Subsystem). + Xác định tín hiệu chủ đạo(Reference signal), tính toán các điểm đặt của hệthống(Setpoint).- Bước 2: Mô hình hoá hệ thốngKết quả của bước này là ta phải xác định được mô hình toán học cho hệ thống, để thựchiện điều đó ta phải: + Xác định mô hình toán học cho các hệ con. + Mô tả toán học liên kết giữa các hệ con.Để xác định mô hình toán học ta có hai phương pháp: • Phương pháp lý thuyết: Mốn xác định được mô hình hệ bằng phương pháp này ta phải biết rõ các quá trình lí -hoá xẩy ra trong các đối tượng nghiên cứu. Khi đó có hai cách mô tả hệ thống là: Mô tả hệ thống trong miền thời gian thông qua: Phương trình vi phân của các quátrình vật lí hoặc ma trận trạng thái của các biến số trạng thái đối tượng. Mô tả hệ thống trong miền tần số thông qua: Hàm truyền đạt thể hiện quan hệ giữađầu ra với đầu vào hay bằng đặc tính tần số. • Phương pháp thực nghiệm:Là phương pháp xác định mô hình hệ thống thông qua quá trình đo đạc tín hiệu vào, racủa đối tượng. Với phương pháp này ta không cần phải biết các quá trình xẩy ra trong đốitượng nhưng lại phải có đối tượng thực để tiến hành thu thập số liệu. Có hai các để xácđịnh mô hình của hệ khi đó: Ước lượng mô hình: Xác định mô hình hệ thống trên cơ sở hàm quá độ h(t) haytheo đặc tính tần số của các đối tượng. Nhận dạng hệ thống trên cơ sở: Hệ Mờ(FIS) hay mạng Nơron(NN). Việc sử dụng phương pháp nào là phụ thuộc vào thực tế ta có những gì về hệ thống, nếuhệ có những đối tượng mà ta đã biết rất rõ thì đơn giản nhất là ta dùng phương pháp lýthuyết, còn với các đối tượng lạ ta buộc phải sử dụng phương pháp thực nghiệm dĩ nhiênsẽ tốn kém và mất nhiều thời gian hơn. 2 Dù có sử dụng phương pháp nào thì cuối cùng ta cũng phải có được mô hình hệ thốngvới các chỉ tiêu: đơn giản, đầy đủ thông tin và chính xác để phục vụ cho các bước tiếptheo của quá trình thiết kế. u(t) y(t) Process = System + Signal ( Hệ thống thực) Thu thập dữ liệu thực nghiệm Xử lý dữ liệu Cấu trúc mô hình Xác định tham số Kiểm tra tính trung Không đạt thực của mô hình ...