Mô hình hóa và mô phỏng

1. MÔ HÌNH HOÁ VÀ MÔ PHỎNG
Dr.-Ing. Đỗ Mạnh Cường
101 – C9 ĐHBKHN
Email: cuong.domanh@hust.edu.vn
Trường Đại học Bách khoa Hà nội - Khoa Điện - Bộ môn Tự động hoá Xí nghiệp Công nghiệp

2. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 2
Giới thiệu chung về môn học
Giáo trình:
• Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Phạm Thục Anh „Mô hình hoá hệ thống
và mô phỏng“ NXB Khoa học và kỹ thuật – 2006.
• Huỳnh Thái Hoàng “Mô hình hóa, nhận dạng và mô phỏng”
Tài liệu tham khảo:
• Các bài báo trong các tạp chí nước ngoài về môn học.
Yêu cầu và mục tiêu của môn học:
• Làm việc theo nhóm.
• Tiếng Anh.
• Khả năng sử dụng máy tính, lập trình cơ bản để xây dựng mô hình
của một hệ thống.
Khuyến khích khả năng làm việc độc lập và sáng tạo !!!

3. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 3
I.1 Tổng quan về Mô hình hoá và mô phỏng
Lịch sử ra đời:
• Được ra đời từ những năm 40 của TK20 (WW.II)
Phạm vi ứng dụng và nghiên cứu:
• Được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực, ở nhiều cấp độ khác
nhau:
– 100% các cơ sở nghiên cứu phát triển sử dụng phương pháp mô
hình hoá và các công cụ mô phỏng.
– Hơn 90% các hãng sản xuất sử dụng kỹ thuật mô phỏng trong
các giai đoạn sản xuất (nghiên cứu, tối ưu hoá và phát triển các
sản phẩm mới).
• Ngày càng nhiều các hãng đầu tư vào phát triển kỹ thuật mô phỏng.

4. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 4
II.1 Tổng quan về Mô hình hoá và mô phỏng
Thế nào là mô hình hoá ?
• Nhận dạng một đối tượng hay hệ thống.
• Xác định được các thành phần (yếu tố) chính, cốt lõi và cần thiết.
• Phân tích các tác động qua lại giữa chúng.
Tại sao phải mô hình hoá ?
• Có được sự hiểu biết về đối tượng hay hệ thống đang quan tâm.
• Để dự đoán, mô phỏng và điều khiển.
• Phát hiện các vấn đề mới phát sinh

5. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 5
I.2 Một số khái niệm cơ bản
• Đối tượng (Object):
• Hệ thống (System):
• Trạng thái của hệ thống (State of System):
• Mô hình (Model):
• Mô hình hoá (Modelling):
• Mô phỏng (Simulation, Imitation):

6. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 6
I.3 Hệ thống và mô hình hệ thống
Ví dụ II.1: Hệ thống ổn định tốc độ của động cơ điện một chiều
BĐK Mạch lực ĐCMC Tải
r(t)
y(t)
e(t) u(t)
r(t): Tín hiệu đặt
y(t): Tín hiệu thực
e(t): Sai lệch
u(t): Tín hiệu điều khiển
+ -

7. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 7
I.3 Hệ thống và mô hình hệ thống
Ví dụ II.2: Hệ thống điều hành nhà máy nhiệt điện
Cấp liệu Lò hơi &
gia nhiệt
Turbin
Đầu vào
Kế hoạch
sản xuất
Máy
phát
Phân phối
điện
TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT

8. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 8
I.3 Hệ thống và mô hình hệ thống
Sự kiện
(Event)
Trạng thái của hệ thống tại một thời điểm nhất định được
mô tả bởi tập hợp các biến trạng thái (state variables)
Thực thể
(Entity)
Các thuộc tính
(Attributes)
Các hoạt động?
(Activities)

9. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 9
I.3 Hệ thống và phương pháp nghiên cứu hệ thống
Nghiên cứu hệ thống
Hệ thực Mô hình thay thế
Ưu điểm:
- Cho kết quả sát thực nhất
Nhược điểm:
- Tốn kém
- Không phải lúc nào cũng khả thi
Ưu điểm:
- Đơn giản và thuận tiện nhất.
- Chi phí thấp, hoàn toàn khả thi
Nhược điểm:
- Độ chính xác không cao

10. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 10
I.4 Xu hướng phát triển của Mô hình hoá và mô phỏng
Ban đầu, phương pháp giải tích được áp dụng để mô hình hoá hệ thống.
Phương pháp mô phỏng được phát triển và ứng dụng rộng rãi nhờ ứng
dụng công nghệ máy tính => Xây dựng mô hình mô phỏng:
- Độ chính xác cao hơn.
- Gần sát với hệ thống thực hơn.
- Áp dụng được cho các hệ thống lớn, có cấu trúc phức tạp.
- Thiết kế lựa chọn cấu trúc, tối ưu và dự đoán trạng thái của hệ
thống.
- Định hướng khi xây dựng các hệ thống mới.

11. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 11
I.4 Ứng dụng của Mô hình hoá và mô phỏng
Gặp khó khăn khi nghiên cứu trên hệ thống thực:
• Giá thành hệ thống thực quá đắt.
• Thời gian nghiên cứu trên hệ thực quá dài.
• Nghiên cứu trên hệ thống thực gây nguy hiểm.
• Không thể thực hiện được.
Dùng để đánh giá độ nhạy của hệ thống khi có các thay đổi:
• Thay đổi về cấu trúc.
• Thay đổi tham số
• Các tác nhân khác

12. HUT, 10.04.2024 Modelling and Simulation Folie 12
I.4 Ứng dụng của Mô hình hoá và mô phỏng
Nghiên cứu, xây dựng mô hình các hệ thống chưa có thực:
• Mô phỏng các hệ thống lớn, phức tạp, có tính ngẫu nhiên cao.
• Mô phỏng các hệ thống sản xuất.
• Ứng dụng trong giải trí (game), kinh doanh và quân sự.
• Các hệ thống ảo.
All models are wrong -but some are useful !!!
C. Chatfield