Giáo trình bộ môn tự động hóa - Khoa điện

Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Bé m«n Tù ®éng ho¸ Khoa §iÖn 1 Môc lôc Néi dung trang Vai trß cña m« h×nh ho¸ hÖ thèng ......................................................................... 4 1- Kh¸i niÖm chung ........................................................................................... 4 2- Mét sè ®Þnh nghÜa c¬ b¶n:............................................................................. 4 3- HÖ thèng vµ m« h×nh hÖ thèng...................................................................... 5 4- TriÓn väng ph¸t triÓn cña ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ ................................... 6 5- C©u hái vµ bµi tËp.......................................................................................... 8 Ch−¬ng 1- Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng........................................ 9 1.1- Kh¸i niÖm chung ........................................................................................ 9 1.2- §Æc ®iÓm cña m« h×nh ho¸ hÖ thèng ......................................................... 9 1.3- Ph©n lo¹i m« h×nh hÖ thèng ..................................................................... 11 1.4- Mét sè nguyªn t¾c khi x©y dùng m« h×nh................................................ 12 1.5- C©u hái vµ bµi tËp..................................................................................... 13 Ch−¬ng 2 – Ph−¬ng ph¸p m« pháng ................................................................... 14 2.1- Kh¸i niÖm chung vÒ ph−¬ng ph¸p m« pháng .......................................... 14 2.2- B¶n chÊt cña ph−¬ng ph¸p m« pháng ...................................................... 14 2.3- C¸c b−íc nghiªn cøu m« pháng............................................................... 15 2.4- ¦u nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p m« pháng ........................................... 17 2.5- So s¸nh gi÷a ph−¬ng ph¸p m« pháng vµ ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch .............. 17 2.6- C¸c ng«n ng÷ vµ thiÕt bÞ m« pháng ......................................................... 18 2.7- C¸c ph−¬ng ph¸p m« pháng..................................................................... 19 2.8- C©u hái vµ bµi tËp..................................................................................... 20 Ch−¬ng 3- M« pháng hÖ thèng liªn tôc............................................................... 21 3.1- Kh¸i niÖm chung vÒ m« h×nh hÖ thèng liªn tôc ....................................... 21 3.2- Dïng m¸y tÝnh t−¬ng tù ®Ó m« pháng hÖ thèng liªn tôc ......................... 21 3.3- Dïng m¸y tÝnh sè ®Ó m« pháng hÖ thèng liªn tôc ................................... 22 3.3.1- Ph−¬ng tr×nh m¸y tÝnh....................................................................... 22 3.3.2- Ph−¬ng ph¸p m« pháng hÖ liªn tôc tuyÕn tÝnh b»ng m¸y tÝnh sè ..... 23 3.4- BiÕn ®æi Z vµ c¸c tÝnh chÊt....................................................................... 23 3.5- Hµm truyÒn sè cña hÖ gi¸n ®o¹n.............................................................. 25 3.6- Hµm truyÒn sè cña hÖ liªn tôc.................................................................. 25 3.7- Tr×nh tù t×m hµm truyÒn sè....................................................................... 26 3.8- C¸ch chän b−íc c¾t mÉu T....................................................................... 26 3.9- Dïng ph−¬ng ph¸p to¸n tö ®Ó t×m ph−¬ng tr×nh sai ph©n cña hÖ §K tù ®éng ................................................................................................................. 27 3.10- Kh¸i niÖm vÒ to¸n tö tÝch ph©n sè.......................................................... 28 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Bé m«n Tù ®éng ho¸ Khoa §iÖn 2 3.11- VÝ dô minh häa....................................................................................... 29 3.12- C©u hái vµ bµi tËp................................................................................... 35 Ch−¬ng 4 - M« h×nh hãa c¸c hÖ ngÉu nhiªn........................................................ 36 4.1- Kh¸i niÖm vÒ m« h×nh hãa c¸c hÖ ngÉu nhiªn ......................................... 36 4.2- C¬ së lý thuyÕt x¸c suÊt ........................................................................... 36 4.2.1- BiÕn cè ngÉu nhiªn vµ x¸c suÊt ......................................................... 36 4.2.2- §Þnh nghÜa x¸c suÊt........................................................................... 37 4.2.3- C¸c ®Þnh lý x¸c suÊt .......................................................................... 37 4.2.4- §¹i l−îng ngÉu nhiªn vµ c¸c quy luËt ph©n phèi x¸c suÊt ................ 38 4.3- Ph©n bè x¸c suÊt cña c¸c biÕn ngÉu nhiªn ............................................... 40 4.4- Sè ngÉu nhiªn (Random number) ph©n bè ®Òu U(0,1) ............................ 43 4.5- Ph−¬ng ph¸p t¹o c¸c biÕn ngÉu nhiªn cã ph©n bè mong muèn ............... 44 4.6- Mét sè vÝ dô vÒ m« pháng c¸c hÖ ngÉu nhiªn.......................................... 46 4.7- C©u hái vµ bµi tËp..................................................................................... 53 Ch−¬ng 5- M« pháng hÖ thèng hµng ®îi............................................................. 55 5.1- Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ thèng hµng ®îi (Queueing System).................... 55 5.2- C¸c thµnh phÇn chÝnh cña hÖ thèng hµng ®îi........................................... 55 5.3- Dßng kh¸ch hµng (Customer) .................................................................. 56 5.4- Kªnh phôc vô (Server).............................................................................. 58 5.5- ChiÒu dµi hµng ®îi ................................................................................... 59 5.6- Thêi gian xÕp hµng................................................................................... 59 5.7- LuËt xÕp hµng........................................................................................... 59 5.8- Thêi gian xÕp hµng vµ chiÒu dµi hµng ®îi................................................ 60 5.9- N¨ng lùc phôc vô vµ x¸c suÊt mÊt kh¸ch hµng cña hÖ thèng................... 60 5.10- HÖ thèng hµng ®îi M/M/1 cã ®é dµi hµng ®îi kh«ng h¹n chÕ (n → ∞) 64 5.11- VÝ dô minh ho¹ vÒ hÖ thèng hµng ®îi .................................................... 65 5.12- C©u hái vµ bµi tËp................................................................................... 68 Ch−¬ng 6- øng dông matlab-simulink m« pháng c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ..................................................................................................................... 72 6.1- Kh¸i niÖm chung ...................................................................................... 72 6.2- Giíi thiÖu vÒ Matlab- Simulink................................................................ 72 6.2.1- Matlab .............................................................................................. 72 6.2.2- Simulink ............................................................................................ 74 6.3- øng dông Matlab - Simulink ®Ó ph©n tÝch vµ kh¶o s¸t hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng trong miÒn thêi gian vµ tÇn sè ............................................................ 75 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Bé m«n Tù ®éng ho¸ Khoa §iÖn 3 6.4- øng dông Matlab - Simulink ®Ó ph©n tÝch vµ kh¶o s¸t hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng trong kh«ng gian tr¹ng th¸i ................................................................ 78 6.5- øng dông Simulink ®Ó m« h×nh hãa, m« pháng, ph©n tÝch vµ kh¶o s¸t c¸c hÖ thèng ®éng häc ........................................................................................... 82 Tµi liÖu tham kh¶o............................................................................................... 89 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Bé m«n Tù ®éng ho¸ Khoa §iÖn 4 Më ®Çu Vai trß cña m« h×nh ho¸ hÖ thèng 1- Kh¸i niÖm chung Ngµy nay khã cã thÓ t×m thÊy lÜnh vùc ho¹t ®éng nµo cña con ng−êi mµ kh«ng sö dông ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ ë nh÷ng møc ®é kh¸c nhau. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng ®èi víi lÜnh vùc ®iÒu khiÓn c¸c hÖ thèng (kü thuËt, x· héi), bëi v× ®iÒu kiÓn chÝnh lµ qu¸ tr×nh thu nhËn th«ng tin tõ hÖ thèng, nhËn d¹ng hÖ thèng theo mét m« h×nh nµo ®ã vµ ®−a ra quyÕt ®Þnh ®iÒu khiÓn thÝch hîp. Qu¸ tr×nh nµy ®−îc tiÕp diÔn liªn tôc nh»m ®−a hÖ thèng vËn ®éng theo mét môc tiªu ®Þnh tr−íc. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn khoa häc kü thuËt ®i theo c¸c b−íc c¬ b¶n sau: Quan s¸t → thùc nghiÖm → nghiªn cøu lý thuyÕt → tæ chøc s¶n xuÊt. M« h×nh ho¸ lµ mét ph−¬ng ph¸p khoa häc trî gióp cho c¸c b−íc nãi trªn. Ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng ®−îc ph¸t triÓn tõ ®¹i chiÕn thÕ giíi lÇn thø hai vµo nh÷ng n¨m 40 cña thÕ kû 20. Lóc ®ã ng−êi ta øng dông ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng ®Ó nghiªn cøu c¸c ph¶n øng h¹t nh©n nh»m chÕ t¹o bom nguyªn tö. Ngµy nay, nhê cã m¸y tÝnh ®iÖn tö mµ ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng ph¸t triÓn nhanh chãng vµ ®−îc øng dông vµo nhiÒu lÜnh vùc khoa häc kü thuËt còng nh− c¸c ngµnh khoa häc x· héi kh¸c nhau. Nhê cã ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng, ng−êi ta cã thÓ ph©n tÝch, nghiªn cøu c¸c hÖ thèng phøc t¹p, x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh, hµnh vi ho¹t ®éng cña hÖ thèng. C¸c kÕt qu¶ m« pháng ®−îc dïng ®Ó thiÕt kÕ, chÕ t¹o còng nh− x¸c ®Þnh c¸c chÕ ®é vËn hµnh cña hÖ thèng. §èi víi c¸c hÖ thèng phøc t¹p, phi tuyÕn, ngÉu nhiªn, c¸c tham sè biÕn ®æi theo thêi gian, ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch truyÒn thèng kh«ng thÓ cho ta lêi gi¶i chÝnh x¸c ®−îc. Lóc nµy ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng ph¸t huy søc m¹nh cña m×nh vµ trong nhiÒu tr−êng hîp nã lµ gi¶i ph¸p duy nhÊt ®Ó nghiªn cøu c¸c hÖ thèng phøc t¹p trªn. 2- Mét sè ®Þnh nghÜa c¬ b¶n: - §èi t−îng (object) lµ tÊt c¶ nh÷ng sù vËt, sù kiÖn mµ ho¹t ®éng cña con ng−êi cã liªn quan tíi. - HÖ thèng (System) lµ tËp hîp c¸c ®èi t−îng (con ng−êi, m¸y mãc), sù kiÖn mµ gi÷a chóng cã nh÷ng mèi quan hÖ nhÊt ®Þnh. - Tr¹ng th¸i cña hÖ thèng (State of system) lµ tËp hîp c¸c tham sè, biÕn sè dïng ®Ó m« t¶ hÖ thèng t¹i mét thêi ®iÓm vµ trong ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh. - M« h×nh (Model) lµ mét s¬ ®å ph¶n ¸nh ®èi t−îng, con ng−êi dïng s¬ ®å ®ã ®Ó nghiªn cøu, thùc nghiÖm nh»m t×m ra quy luËt ho¹t ®éng cña ®èi t−îng hay nãi c¸ch kh¸c m« h×nh lµ ®èi t−îng thay thÕ cña ®èi t−îng gèc ®Ó nghiªn cøu vÒ ®èi t−îng gèc. - M« h×nh ho¸ (Modelling) lµ thay thÕ ®èi t−îng gèc b»ng mét m« h×nh nh»m c¸c thu nhËn th«ng tin quan träng vÒ ®èi t−îng b»ng c¸ch tiÕn hµnh c¸c thùc nghiÖm trªn m« h×nh. Lý thuyÕt x©y dùng m« h×nh vµ nghiªn cøu m« h×nh ®Ó hiÓu biÕt vÒ ®èi t−îng gèc gäi lµ lý thuyÕt m« h×nh ho¸. NÕu c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong m« h×nh ®ång nhÊt (theo c¸c chØ tiªu ®Þnh tr−íc) víi c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong ®èi t−îng gèc th× ng−êi ta nãi r»ng m« h×nh ®ång nhÊt víi ®èi t−îng. Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Bé m«n Tù ®éng ho¸ Khoa §iÖn 5 Lóc nµy ng−êi ta cã thÓ tiÕn hµnh c¸c thùc nghiÖm trªn m« h×nh ®Ó thu nhËn th«ng tin vÒ ®èi t−îng. - M« pháng (Simulation, Imitation) lµ ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ dùa trªn viÖc x©y dùng m« h×nh sè (Numerical model) vµ dïng ph−¬ng ph¸p sè (Numerical method) ®Ó t×m c¸c lêi gi¶i. ChÝnh v× vËy m¸y tÝnh sè lµ c«ng cô h÷u hiÖu vµ duy nhÊt ®Ó thùc hiÖn viÖc m« pháng hÖ thèng. Lý thuyÕt còng nh− thùc nghiÖm ®· chøng minh r»ng, chØ cã thÓ x©y dùng ®−îc m« h×nh gÇn ®óng víi ®èi t−îng mµ th«i, v× trong qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸ bao giê còng ph¶i chÊp nhËn mét sè gi¶ thiÕt nh»m gi¶m bít ®é phøc t¹p cña m« h×nh, ®Ó m« h×nh cã thÓ øng dông thuËn tiÖn trong thùc tÕ. MÆc dï vËy, m« h×nh ho¸ lu«n lu«n lµ mét ph−¬ng ph¸p h÷u hiÖu ®Ó con ng−êi nghiªn cøu ®èi t−îng, nhËn biÕt c¸c qu¸ tr×nh, c¸c quy luËt tù nhiªn. §Æc biÖt, ngµy nay víi sù trî gióp ®¾c lùc cña khoa häc kü thuËt, nhÊt lµ khoa häc m¸y tÝnh vµ c«ng nghÖ th«ng tin, ng−êi ta ®· ph¸t triÓn c¸c ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ cho phÐp x©y dùng c¸c m« h×nh ngµy cµng gÇn víi ®èi t−îng nghiªn cøu, ®ång thêi viÖc thu nhËn, lùa chän, xö lý c¸c th«ng tin vÒ m« h×nh rÊt thuËn tiÖn, nhanh chãng vµ chÝnh x¸c. ChÝnh v× vËy, m« h×nh ho¸ lµ mét ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu khoa häc mµ tÊt c¶ nh÷ng ng−êi lµm khoa häc, ®Æc biÖt lµ c¸c kü s− ®Òu ph¶i nghiªn cøu vµ øng dông vµo thùc tiÔn ho¹t ®éng cña m×nh. 3- HÖ thèng vµ m« h×nh hÖ thèng §Çu tiªn chóng ta xem xÐt m«t sè vÝ dô vÒ c¸c hÖ thèng t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n. H×nh 1.1 tr×nh bµy hÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬. TÝn hiÖu vµo cña hÖ thèng lµ tèc ®é ®Æt mong muèn n®(t), tÝn hiÖu ra cña hÖ thèng y(t) lµ tèc ®é thùc tÕ cña ®éng c¬. Sai lÖch tèc ®é e(t) = n®(t) – y(t) ®−îc ®−a vµo bé ®iÒu khiÓn ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn u(t) t¸c ®éng vµo ®éng c¬ nh»m duy tr× tèc ®é ®éng c¬ ë gi¸ trÞ mong muèn. H×nh 1.2 tr×nh bµy s¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. HÖ thèng s¶n xuÊt bao gåm nhiÒu hÖ con chøc n¨ng nh−: cung cÊp vËt t−, n¨ng l−îng, gia c«ng, chÕ biÕn, l¾p r¸p, hoµn thiÖn s¶n phÈm, ph©n phèi, tiªu thô. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh s¶n xuÊt lµ trung t©m ®iÒu khiÓn. §Çu vµo cña hÖ thèng lµ ®¬n ®Æt hµng cña kh¸ch hµng, ®Çu ra cña hÖ thèng lµ s¶n phÈm cuèi cïng. Tõ h×nh 1.1 vµ h×nh 1.2 ta thÊy hÖ thèng gåm nhiÒu phÇn tö th−êng ®−îc gäi lµ c¸c thùc thÓ (Entity), mçi mét thùc thÓ l¹i cã c¸c thuéc tÝnh (attribute) kh¸c nhau. Mét qu¸ tr×nh g©y ra B§K §C n®(t) y(t)e(t) H×nh 1- S¬ ®å khèi hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng tèc ®é ®éng c¬ §¬n ®Æt hµng SP ®Çu ra Nguyªn, nhiªn, vËt liÖu Trung t©m ®iÒu khiÓn Cung øng vËt t− Gia c«ng, chÕ biÕn L¾p r¸p, hoµn thiÖn SP Ph©n phèi s¶n phÈm H×nh 1.2- S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Bé m«n Tù ®éng ho¸ Khoa §iÖn 6 sù thay ®æi trong hÖ thèng gäi lµ mét ho¹t ®éng (activity). Mét t¸c ®éng lµm thay ®æi tr¹ng th¸i cña hÖ thèng gäi lµ mét sù kiÖn (event). TËp hîp c¸c biÕn tr¹ng th¸i ph¶n ¸nh tr¹ng th¸i cña hÖ thèng t¹i mét thêi ®iÓm ®−îc gäi lµ biÕn tr¹ng th¸i (state variable). Tuú theo môc ®Ých nghiªn cøu mµ hÖ thèng ®−îc m« t¶ víi møc ®é chi tiÕt kh¸c nhau. B¶ng 1 tr×nh bµy mét sè hÖ thèng cïng víi c¸c ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña chóng. B¶ng 1 HÖ thèng Thùc thÓ Thuéc tÝnh Ho¹t ®éng Sù kiÖn BiÕn tr¹ng th¸i Giao th«ng Xe buýt Tèc ®é Kho¶ng c¸ch L¸i xe Xe ®Õn bÕn Sè kh¸ch chê ë bÕn Ng©n hµng Kh¸ch hµng KiÓm tra tµi kho¶n Rót tiÒn göi Sè kh¸ch hµng Sè nh©n viªn phôc vô Th«ng tin liªn l¹c Th«ng tin Thêi l−îng liªn l¹c TruyÒn tin Th«ng tin truyÒn ®Õn Sè ng−êi ®îi liªn l¹c Siªu thÞ Kh¸ch hµng Danh môc mua s¾m TÝnh tr¶ tiÒn Kh¸ch hµng ®Õn siªu thÞ Sè kh¸ch hµng rêi siªu thÞ Tr¹m l¾p r¸p s¶n phÈm S¶n phÈm KÝch th−íc, träng l−îng L¾p r¸p s¶n phÈm S¶n phÈm hoµn thiÖn Sè s¶n phÈm hoµn thiÖn Cã hai con ®−êng ®Ó nghiªn cøu hÖ thèng, ®ã lµ nghiªn cøu trªn hÖ thùc vµ nghiªn cøu trªn m« h×nh thay thÕ cña nã. Râ rµng nghiªn cøu trªn hÖ thùc cho ta kÕt qu¶ trung thùc vµ kh¸ch quan. Tuy nhiªn trong nhiÒu tr−êng hîp, viÖc tiÕn hµnh nghiªn cøu trªn hÖ thùc gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n, ph−¬ng ph¸p tèt nhÊt lµ nghiªn cøu trªn m« h×nh cña nã. ChÝnh v× vËy, ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ vµ m« pháng rÊt ®−îc chó ý nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn. 4- TriÓn väng ph¸t triÓn cña ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ Tr−íc ®©y, ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch ®−îc dïng ®Ó m« h×nh ho¸ hÖ thèng. Tuy nhiªn, sù xuÊt hiÖn cña m¸y tÝnh ®iÖn tö ®· t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho qu¸ tr×nh tÝnh to¸n nh− t¨ng khèi l−îng tÝnh to¸n, gi¶m thêi gian tÝnh,... nh−ng b¶n th©n ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n khi m« t¶ hÖ thèng nh− th−êng ph¶i chÊp nhËn nhiÒu gi¶ thiÕt ®Ó ®¬n gi¶n ho¸ m« h×nh, do ®ã c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cã ®é chÝnh x¸c kh«ng cao. Ngµy nay, bªn c¹nh ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch nãi trªn, ph−¬ng ph¸p m« pháng ®−îc ph¸t triÓn m¹nh mÏ vµ øng dông rÊt réng r·i. C¸c m« h×nh ®−îc x©y dùng dùa trªn c¸c ph−¬ng ph¸p m« pháng ®−îc gäi lµ m« h×nh m« pháng. Ph−¬ng ph¸p m« pháng cho phÐp ®−a vµo m« h×nh nhiÒu yÕu tè s¸t gÇn v¬i thùc tÕ. MÆt kh¸c, m« h×nh ®−îc gi¶i trªn m¸y tÝnh cã tèc ®é tÝnh to¸n nhanh, dung l−îng lín, do ®ã kÕt qu¶ thu ®−îc cã ®é chÝnh x¸c cao. V× vËy, ph−¬ng ph¸p m« pháng ®· t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó gi¶i c¸c bµi to¸n phøc t¹p nh− bµi to¸n m« h×nh ho¸ c¸c hÖ thèng lín, hÖ thèng ngÉu nhiªn, phi tuyÕn cã c¸c th«ng sè biÕn thiªn theo thêi gian. Ph−¬ng ph¸p m« pháng ®Æc biÖt ph¸t huy hiÖu qu¶ khi cÇn m« h×nh ho¸ c¸c hÖ thèng lín mµ ®Æc ®iÓm cña nã lµ cã cÊu tróc ph©n cÊp, cÊu tróc hÖ con, gi÷a c¸c hÖ con vµ trung t©m ®iÒu khiÓn cã sù trao ®æi th«ng tin víi nhau. Ph−¬ng ph¸p m« pháng còng tá ra h÷u hiÖu khi m« pháng c¸c hÖ thèng cã c¸c yÕu tè ngÉu nhiªn, cã th«ng tin kh«ng ®Çy ®ñ, c¸c th«ng tin sÏ ®−îc bæ sung trong qu¸ tr×nh m« pháng, trong qu¸ tr×nh trao ®æi th«ng tin gi÷a ng−êi ®iÒu khiÓn vµ ®èi t−îng. Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Bé m«n Tù ®éng ho¸ Khoa §iÖn 7 Ph−¬ng ph¸p m« pháng ®−îc øng dông ®Ó m« h×nh ho¸ trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh−: khoa häc kü thuËt, x· héi, sinh häc,... Tãm l¹i, m« h×nh ho¸ lµ mét ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu khoa häc ®ang ph¸t triÓn vµ rÊt cã triÓn väng. ë giai ®o¹n thiÕt kÕ hÖ thèng, m« h×nh ho¸ gióp ng−êi thiÕt kÕ lùa chän cÊu tróc, c¸c th«ng sè cña hÖ thèng ®Ó tæng hîp hÖ thèng. ë giai ®o¹n vËn hµnh hÖ thèng m« h×nh ho¸ gióp cho ng−êi ®iÒu khiÓn gi¶i c¸c bµi to¸n tèi −u, dù ®o¸n c¸c tr¹ng th¸i cña hÖ thèng. §Æc biÖt trong tr−êng hîp kÕt hîp hÖ chuyªn gia (Expert system) víi m« h×nh ho¸ ng−êi ta cã thÓ gi¶i ®−îc nhiÒu bµi to¸n ®iÒu khiÓn, tiÕt kiÖm ®−îc nhiÒu thêi gian còng nh− chi phÝ vÒ vËt chÊt vµ tµi chÝnh. Ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ th−êng ®−îc dïng trong c¸c tr−êng hîp sau: a- Khi nghiªn cøu trªn hÖ thèng thùc gÆp nhiÒu khã kh¨n do nhiÒu nguyªn nh©n g©y ra nh− sau: - Gi¸ thµnh nghiªn cøu trªn hÖ thèng thùc qu¸ ®¾t. VÝ dô: Nghiªn cøu kÕt cÊu tèi −u, ®é bÒn, kh¶ n¨ng chèng dao ®éng cña « t«, tµu thuû, m¸y bay,... ng−êi ta ph¶i t¸c ®éng vµo ®èi t−îng nghiªn cøu c¸c lùc ®ñ lín ®Õn møc cã thÓ ph¸ huû ®èi t−îng ®Ó tõ ®ã ®¸nh gi¸ c¸c chØ tiªu kü thuËt ®· ®Ò ra. Nh− vËy, gi¸ thµnh nghiªn cøu sÏ rÊt ®¾t. B»ng c¸ch m« h×nh ho¸ trªn m¸y tÝnh ta dÔ dµng x¸c ®Þnh ®−îc kÕt cÊu tèi −u cña c¸c thiÕt bÞ nãi trªn. - Nghiªn cøu trªn hÖ thèng thùc ®ßi hái thêi gian qu¸ dµi. VÝ dô: Nghiªn cøu ®¸nh gi¸ ®é tin cËy, ®¸nh gi¸ tuæi thä trung b×nh cña hÖ thèng kü thuËt (th«ng th−êng tuæi thä trung b×nh cña hÖ thèng kü thuËt kho¶ng 30 ÷ 40 n¨m), hoÆc nghiªn cøu qu¸ tr×nh ph¸t triÓn d©n sè trong kho¶ng thêi gian 20 ÷ 50 n¨m,... NÕu chê ®îi qu·ng thêi gian dµi nh− vËy míi cã kÕt qu¶ nghiªn cøu th× kh«ng cßn tÝnh thêi sù n÷a. B»ng c¸ch m« pháng hÖ thèng vµ cho “hÖ thèng” vËn hµnh t−¬ng ®−¬ng víi kho¶ng thêi gian nghiªn cøu ng−êi ta cã thÓ ®¸nh gi¸ ®−îc c¸c chØ tiªu kü thuËt cÇn thiÕt cña hÖ thèng. - Nghiªn cøu trªn hÖ thùc ¶nh h−ëng ®Õn s¶n xuÊt hoÆc g©y nguy hiÓm cho ng−êi vµ thiÕt bÞ. VÝ dô: Nghiªn cøu qu¸ tr×nh ch¸y trong lß h¬i cña nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn, trong lß luyÖn clanhke cña nhµ m¸y xi m¨ng,... ng−êi ta ph¶i thay ®æi chÕ ®é cÊp nhiªn liÖu (than, dÇu), t¨ng gi¶m l−îng giã cÊp, thay ®æi ¸p suÊt trong lß,... ViÖc lµm c¸c thÝ nghiÖm nh− vËy sÏ c¶n trë viÖc s¶n xuÊt b×nh th−êng, trong nhiÒu tr−êng hîp cã thÓ x¶y ra ch¸y, næ g©y nguy hiÓm cho ng−êi vµ thiÕt bÞ. B»ng c¸ch m« pháng hÖ thèng, ng−êi ta cã thÓ cho hÖ thèng “vËn hµnh” víi c¸c bé th«ng sè, c¸c chÕ ®é vËn hµnh kh¸c nhau ®Ó t×m ra lêi gi¶i tèi −u. - Trong mét sè tr−êng hîp kh«ng cho phÐp lµm thùc nghiÖm trªn hÖ thèng thùc. VÝ dô: Nghiªn cøu c¸c hÖ thèng lµm viÖc ë m«i tr−êng ®éc h¹i, nguy hiÓm, d−íi hÇm s©u, d−íi ®¸y biÓn, hoÆc nghiªn cøu trªn c¬ thÓ ng−êi,... Trong nh÷ng tr−êng hîp nµy dïng ph−¬ng ph¸p m« pháng lµ gi¶i ph¸p duy nhÊt ®Ó nghiªn cøu hÖ thèng. b- Ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ cho phÐp ®¸nh gi¸ ®é nh¹y cña hÖ thèng khi thay ®æi tham sè hoÆc cÊu tróc cña hÖ thèng còng nh− ®¸nh gi¸ ph¶n øng cña hÖ thèng khi thay ®æi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Nh÷ng sè liÖu nµy dïng ®Ó thiÕt kÕ hÖ thèng hoÆc lùa chän th«ng sè tèi −u ®Ó vËn hµnh hÖ thèng. Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Bé m«n Tù ®éng ho¸ Khoa §iÖn 8 c- Ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ cho phÐp nghiªn cøu hÖ thèng ngay c¶ khi ch−a cã hÖ thèng thùc. Trong tr−êng hîp nµy, khi ch−a cã hÖ thèng thùc th× viÖc nghiªn cøu trªn m« h×nh lµ gi¶i ph¸p duy nhÊt ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c chØ tiªu kü thuËt cña hÖ thèng, lùa chän cÊu tróc vµ th«ng sè tèi −u cña hÖ thèng,... ®ång thêi m« h×nh còng ®−îc dïng ®Ó ®µo t¹o vµ huÊn luyÖn. 5- C©u hái vµ bµi tËp (1)- H·y x¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng lµ thùc thÓ, thuéc tÝnh, ho¹t ®éng, sù kiÖn, biÕn tr¹ng th¸i cña c¶ng biÓn ®−îc m« t¶ nh− sau: tµu ®Õn c¶ng sÏ cËp bÕn nÕu cßn chç trèng, ng−îc l¹i sÏ ph¶i xÕp hµng chê ®Õn l−ît. Tµu ®−îc c¸c cÇn cÈu bèc dì hµng ho¸. Khi hµng bèc xong tµu rêi bÕn ngay. (2)- Yªu cÇu nh− c©u mét nh−ng hÖ thèng lµ qu¸n cµ phª, tr¹m röa xe. (3)- H·y lÊy vÝ dô chøng minh nh÷ng khã kh¨n gÆp ph¶i khi nghiªn cøu trªn hÖ thùc vµ nh÷ng −u ®iÓm khi chuyÓn sang nghiªn cøu trªn m« h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p m« pháng.