Hướng dẫn thí nghiệm cao học : Nhận dạng hệ thống
Muốn thiết kế hệ thống điều khiển có chất lượng tốt cần phải biến mô hình toán học của đối tượng điều khiển
ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA – ÑHQG TP. HOÀ CHÍ MINH
KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ
BOÄ MOÂN ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG
HÖÔÙNG DAÃN THÍ NGHIEÄM
CAO HOÏC TÖÏ ÑOÄNG HOÙA
BAØI THÍ NGHIEÄM
NHAÄN DAÏNG HEÄ THOÁNG
(SYSTEM IDENTIFICATION)
Bieân soaïn: HUYØNH THAÙI HOAØNG
Naêm 2005
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
I. MUÏC ÑÍCH THÍ NGHIEÄM
Muoán thieát keá heä thoáng ñieàu khieån coù chaát löôïng toát caàn phaûi bieát moâ hình
toaùn hoïc cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån. Nhaän daïng heä thoáng laø phöông phaùp ruùt ra moâ
hình toaùn hoïc cuûa heä thoáng döïa vaøo döõ lieäu vaøo – ra quan saùt ñöôïc. Lyù thuyeát nhaän
daïng heä thoáng ñöôïc ñöa ra töø nhöõng naêm 1960 treân cô sôû lyù thuyeát xaùc suaát thoáng
keâ. Ñeán nay caùc phöông phaùp nhaän daïng moâ hình tuyeán tính ñaõ phaùt trieån khaù hoaøn
chænh; caùc phöông phaùp nhaän daïng heä phi tuyeán, ñaëc bieät laø heä phi tuyeán MIMO
ñang laø vaán ñeà nghieân cöùu ñöôïc raát nhieàu ngöôøi quan taâm hieän nay.
Baøi thí nghieäm naøy trang bò cho hoïc vieân kieán thöùc thöïc haønh veà nhaän daïng
heä thoáng. Thoâng qua caùc thí nghieäm cuï theå nhaän daïng caùc ñoái töôïng ñieån hình
trong phoøng thí nghieäm laø ñoäng cô DC vaø heä boàn chöùa hoïc vieân seõ aùp duïng ñöôïc
caùc phöông phaùp nhaän daïng moâ hình tuyeán tính cuõng nhö phi tuyeán; phöông phaùp
nhaän daïng heä thoáng hôû cuõng nhö heä thoáng kín; phöông phaùp nhaän daïng heä SISO
cuõng nhö heä MIMO vaøo thöïc teá. Baøi thí nghieäm seõ giuùp hoïc vieân cuûng coá kieán thöùc
lyù thuyeát, phaùt trieån kyõ naêng thöïc haønh nhaän daïng heä thoáng ñeå sau naøy coù theå vaän
duïng lyù thuyeát nhaän daïng caùc heä thoáng thöïc teá trong coâng nghieäp.
Ñeå coù theå thöïc hieän toát baøi thí nghieäm, hoïc vieân caàn xem laïi cô sôû lyù thuyeát
trong caùc moân hoïc Moâ hình hoùa, nhaän daïng vaø moâ phoûng; Maïng neuron nhaän daïng,
döï baùo vaø ñieàu khieån. Phuï luïc A ôû cuoái höôùng daãn thí nghieäm naøy toùm löôït lyù
thuyeát toái thieåu hoïc vieân phaûi naém tröôùc khi tieán haønh thí nghieäm.
II. ÑOÁI TÖÔÏNG NHAÄN DAÏNG
II.1. Sô ñoà khoái thu thaäp döõ lieäu
Baøi thí nghieäm naøy söû duïng boä coâng cuï Simulink keát hôïp vôùi Realtime
Workshop vaø xPC Target cuûa Matlab ñeå thöïc hieän caùc thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu,
do ñoù sô ñoà khoái phaàn cöùng cuûa heä thoáng ñöôïc thieát keá nhö hình 3. Maùy tính chuû
(Host) söû duïng ñeå soaïn thaûo caùc sô ñoà Simulink thu thaäp döõ lieäu, ñoàng thôøi cuõng
ñöôïc söû duïng ñeå thöïc thi caùc thuaät toaùn nhaän daïng heä thoáng. Maùy tính chuû giao tieáp
vôùi maùy tính ñích (Target) qua coång noái tieáp (coång COM). Maùy tính ñích giao tieáp
tröïc tieáp vôùi caùc ñoái töôïng caàn nhaän daïng qua caùc card thu thaäp soá lieäu. Trong baøi
thí nghieäm naøy card thu thaäp soá lieäu ñöôïc söû duïng laø card PCL-818L (haõng
Advantech). Card PCL-818L coù 16 keânh chuyeån ñoåi AD 12 bit, 1 keânh chuyeån ñoåi
DA 12 bit vaø 16 ngoõ vaøo/ra song song. Ñoái töôïng nhaän daïng trong baøi thí nghieäm
naøy laø ñoäng cô DC vaø heä boàn chöùa lieân keát.
Maùy tính ñích + Ñoái töôïng
Maùy tính chuû
card DAS ñieàu khieån
Hình 1: Sô ñoà khoái thu thaäp döõ lieäu
1
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
II.2 Ñoäng cô DC
Ñoäng cô DC laø phaàn töû chaáp haønh ñöôïc söû duïng raát phoå bieán trong caùc maùy
moùc, daây chuyeàn saûn xuaát coâng nghieäp. Sô ñoà khoái heä thoáng ñoäng cô DC duøng
trong thí nghieäm ñöôïc trình baøy ôû hình 2. Tín hieäu ñieàu khieån xuaát ra töø maùy tính
PC qua ngoõ ra töông töï (Analog Output) cuûa card PCL-818L. Maïch khueách ñaïi
coâng suaát laø maïch khueách ñaïi ñaåy keùo, truïc quay encoder gaén vôùi truïc quay ñoäng
cô. Moät boä ñeám leân/xuoáng ñöôïc söû duïng ñeå ñeám xung töø encoder. Tín hieäu ra cuûa
boä ñeám ñöôïc ñöa vaøo ngoõ vaøo soá (Digital Input) cuûa card thu thaäp soá lieäu PCL-
818L. Baèng caùch ñeám xung, chuùng ta ño ñöôïc vò trí cuûa ñoäng cô, laáy sai phaân vò trí
giöõa hai laàn laáy maãu lieân tieáp ta seõ ño ñöôïc toác ñoä quay cuûa ñoäng cô.
Maùy tính Target
Khueách ñai Ñoäng cô
AO
coâng suaát DC
PCL-818L
A
DI Boä ñeám Encoder
B
Hình 2: Ñoäng cô DC: hình daùng beân ngoaøi (treân), sô ñoà khoái phaàn cöùng (döôùi)
II.3 Heä boàn chöùa
Heä boàn chöùa laø ñoái töôïng phi tuyeán ñieån hình thöôøng gaëp trong caùc quaù trình
coâng nghieäp. Heä boàn chöùa goàm 2 boàn chöùa chaát loûng thoâng nhau, tieát dieän van noái
giöõa hai boàn vaø tieát dieän van xaû cuûa moãi boàn coù theå thay ñoåi ñöôïc. Chaát loûng ñöôïc
bôm vaøo hai boàn baèng hai maùy bôm DC. Heä boàn lieân keát laø moät ñoái töôïng ñieån hình
thöôøng duøng ñeå kieåm chöùng caùc thuaät toaùn ñieàu khieån quaù trình. Tuøy theo tieát dieän
môû caùc van, caùch söû duïng caùc maùy bôm vaø taàm laøm vieäc maø ta coù ñöôïc caùc caáu hình
heä thoáng khaùc nhau ñeå kieåm chöùng lyù thuyeát ñieàu khieån nhö heä quaùn tính baäc 1, heä
quaùn tính baäc 2, heä phi tuyeán, heä ña bieán, heä coù nhieãu loaïn, heä coù thoâng soá bieán ñoåi,…
2
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Söû duïng caûm bieán aùp suaát Model 68075 (haõng Cole-Parmer) ñeå ño chieàu cao
möïc chaát loûng trong boàn chöùa. Khi aùp suaát coät chaát loûng trong boàn thay ñoåi töø 0-
5psig thì doøng ra cuûa caûm bieán thay ñoåi trong khoaûng 4-20mA, duøng ñieän trôû 560Ω
ñeå bieán ñoåi doøng thaønh aùp. Maùy tính ñoïc ñieän aùp naøy qua ngoõ vaøo töông töï cuûa
card PCL-818L. Chaát loûng bôm vaøo boàn baèng maùy bôm DC 12V vôùi coâng suaát bôm
cöïc ñaïi ñònh möùc 70 lit/phuùt. Löu löôïng bôm thay ñoåi baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp
caáp cho maùy bôm theo phöông phaùp ñieàu roäng xung. Boä ñieàu roäng xung söû duïng vi
ñieàu khieån P89C51RD2 cuûa haõng Philip.
Hình 3: Heä boàn chöùa lieân keát: hình daùng beân ngoaøi (treân), sô ñoà khoái phaàn cöùng (döôùi)
III. PHAÀN MEÀM THÍ NGHIEÄM
III.1 Chöông trình Simulink thu thaäp soá lieäu
Baøi thí nghieäm naøy söû duïng boä coâng cuï Simulink keát hôïp vôùi Realtime
Workshop vaø xPC Target cuûa Matlab ñeå thöïc hieän caùc thí nghieäm thu thaäp soá lieäu.
Sô ñoà khoái chöông trình Simulink thu thaäp döõ lieäu vaøo ra cuûa ñoäng cô DC vaø heä
boàn chöùa laàn löôït ñöôïc trình baøy ôû hình 4 vaø 5. Söû duïng boä coâng cuï Realtime
Worrkshop coù theå bieân dòch chöông trình Simulink thaønh chöông trình coù theå thöïc
thi ñoäc laäp treân caùc maùy tính khoâng caøi Matlab. Boä coâng cuï xPC Target hoã trôï caùc
giao tieáp vôùi caùc card thu thaäp döõ lieäu chuyeân duïng, trong ñoù coù card PCL-818L.
Nhôø boä coâng cuï naøy maø chöông trình khaû thi sau khi bieân dòch ñöôïc taûi xuoáng maùy
tính ñieàu khieån thieát bò.
3
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Thu thaäp döõ lieäu vaøo ra ñoäng cô:
Chöông trình Simulink thu thaäp döõ lieäu vaøo – ra cuûa ñoäng cô ñöôïc laäp trình
saún vaø löu tröõ trong file DC_Motor.mdl (xem hình 4).
Trong hình 4a tín hieäu vaøo löu trong file DCMotor_Input.mat ñöôïc taïo ra baèng
caùch goïi thöïc thi chöông trình DCMotor_Input.m. Khoái DCMotor cho pheùp maùy
tính giao tieáp vôùi phaàn cöùng qua card PCL-818L. Sô ñoà chi tieát khoái DCMotor ñöôïc
trình baøy ôû hình 4b.
Trong hình 4b khoái Analog Output xuaát tín hieäu ñieàu khieån maïch khueách ñaïi
coâng suaát caáp nguoàn cho ñoäng cô qua ngoõ ra töông töï cuûa card PCL-818L. Khoái
Digital Input ñoïc tín hieäu töø boä ñeám qua ngoõ vaøo soá cuûa card PCL-818L. Khoái
MeasureVel tính vaän toác ñoäng cô baèng caùch so saùnh giaù trò boä ñeám hieän taïi vôùi giaù trò
boä ñeám ôû laàn laáy maãu tröôùc ñeå bieát ñöôïc dòch chuyeån töông ñoái, sau ñoù laáy dòch
chuyeån töông ñoái chia cho chu kyø laáy maãu seõ ñöôïc vaän toác. Khoái MeasurePos tính vò
trí goùc quay ñoäng cô baèng caùch coäng dòch chuyeån töông ñoái vôùi vò trí goùc quay ñaõ xaùc
ñònh ñöôïc ôû laàn laáy maãu tröôùc. Haõy ñoïc caùc file maõ nguoàn measurePos.c vaø
measureVel.c ñeå hieåu roõ hôn veà caùc thuaät toaùn naøy.
(a)
(b)
Hình 4: Sô ñoà Simulink thu thaäp döõ lieäu vaøo – ra ñoäng cô DC
4
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Thu thaäp döõ lieäu vaøo ra heä boàn chöùa:
Chöông trình Simulink thu thaäp döõ lieäu vaøo – ra cuûa heä boàn chöùa ñöôïc laäp
trình saún vaø löu tröõ trong file Coupled_Tank.mdl (xem hình 5).
Trong hình 5a tín hieäu vaøo ñeå thöïc hieän caùc thí nghieäm thu thaäp soá lieäu ñaõ
ñöôïc taïo ra vaø löu saún trong file Tank_Input.mat baèng caùch thöïc thi chöông trình
Tank_Input.m. Khoái Coupled_Tank cho pheùp maùy tính giao tieáp vôùi phaàn cöùng qua
card PCL-818L. Sô ñoà chi tieát khoái Coupled_Tank ñöôïc trình baøy ôû hình 5b.
Trong hình 5b khoái PCL818do xuaát tín hieäu ñieàu khieån maùy bôm (chu kyø
nhieäm vuï cuûa boä PWM, xem sô ñoà phaàn cöùng ôû hình 3) qua ngoõ ra soá cuûa card
PCL-818L, khoái Offset duøng ñeå loaïi boû ñaëc tính vuøng cheát cuûa maùy bôm. Khoái
PCL-818L Advatech Analog Input ñoïc giaù trò ñieän aùp DC phaûn hoài töø caùc caûm bieán
aùp suaát ño ñoä cao möïc chaát loûng, tín hieäu naøy ñöôïc loïc nhieãu baèng boä loïc thoâng
thaáp, khoái V to H bieán ñoåi ñieän aùp phaûn hoài thaønh ñoä cao möïc chaát loûng baèng caùch
nhaân ñieän aùp vôùi moät heä soá tæ leä, heä soá naøy coù ñöôïc khi ñònh chuaån maïch ño.
(a)
(b)
Hình 5: Sô ñoà Simulink thu thaäp döõ lieäu vaøo – ra heä boàn chöùa lieân keát
5
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
III.2 Chöông trình nhaän daïng heä thoáng
Nhaän daïng moâ hình tuyeán tính duøng boä coâng cuï nhaän daïng heä thoáng cuûa
Matlab (Indentification Toolbox).
Nhaän daïng heä phi tuyeán duøng caùc chöông trình vieát saún theo caùc thuaät toaùn
öôùc löôïng thoâng soá ñaõ trình baøy trong moân hoïc Moâ hình hoùa, nhaän daïng vaø moâ
phoûng. Hoïc vieân coù theå tham khaûo maõ nguoàn ñeå phaùt trieån caùc thuaät toaùn phuø hôïp
vôùi baøi toaùn nhaän daïng caàn giaûi.
IV. CHUAÅN BÒ THÍ NGHIEÄM
Hoïc vieân caàn ñoïc kyõ höôùng daãn naøy tröôùc khi tieán haønh thí nghieäm vaø traû lôøi
ngaén goïn caùc caâu hoûi sau ñaây:
1. Nhaän daïng heä thoáng laø gì?
2. Caùc böôùc nhaän daïng heä thoáng?
3. Trình töï thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu?
4. Moâ hình khoâng tham soá cuûa heä tuyeán tính?
5. Daïng tín hieäu vaøo ñeå thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu nhaän daïng moâ hình
khoâng tham soá heä tuyeán tính?
6. Caùc loaïi moâ hình coù tham soá cuûa heä tuyeán tính?
7. Daïng tín hieäu vaøo ñeå thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu nhaän daïng moâ hình
coù tham soá heä tuyeán tính?
8. Moâ hình hoäp ñen phi tuyeán?
9. Bieåu thöùc toaùn hoïc cuûa moâ hình môø? Moâ hình môø coù theå xaây döïng baèng caùch
naøo?
10. Bieåu thöùc toaùn hoïc cuûa moâ hình maïng thaàn kinh? Khaû naêng xaáp xæ cuûa moâ hình
maïng thaàn kinh phuï thuoäc vaøo nhöõng yeáu toá naøo?
11. Daïng tín hieäu vaøo ñeå thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu nhaän daïng moâ hình
phi tuyeán?
12. Thuaät toaùn öôùc löôïng thoâng soá moâ hình phi tuyeán?
13. Laøm theá naøo ñeå bieát ñöôïc moâ hình nhaän daïng ñöôïc coù toát hay khoâng?
14. Taïi sao phaûi nhaän daïng heä thoáng kín?
15. Caùc phöông phaùp nhaän daïng heä thoáng kín? Öu khuyeát ñieåm cuûa moãi phöông
phaùp?
V. NOÄI DUNG THÍ NGHIEÄM
Tröôùc khi thöïc hieän caùc thí nghieäm döôùi ñaây, phaûi chaéc raèng:
- Heä thoáng ñaõ ñöôïc keát noái nhö sô ñoà khoái ôû hình 1.
- Ñaõ kích hoaït Matlab, cöûa soå leänh ñaõ saún saøng
- Maùy tính ñích ñaõ ñöôïc khôûi ñoäng duøng ñóa Boot Loader (ñóa naøy ñaõ ñöôïc taïo
saún duøng boä coâng cuï xPC Target, caùch taïo ñóa khôûi ñoäng naøy hoïc vieân coù theå tham
khaûo taøi lieäu höôùng daãn cuûa Matlab).
6
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Thu thaäp döõ lieäu
Thí nghieäm 1: Thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaøo – ra cuûa ñoäng cô DC
Döôùi ñaây laø höôùng daãn chi tieát caùch thu thaäp döõ lieäu vaøo ra cuûa ñoäng cô DC,
caùch thu thaäp döõ lieäu vaøo ra heä boàn lieân keát ñöôïc thöïc hieän töông töï.
Böôùc 1.1: Taïi cöûa soå leänh, goõ vaøo doøng leänh: >> Motor [ENTER]
Cöûa soå chöông trình Simulink thu thaäp döõ lieäu ñoäng cô DC xuaát hieän nhö hình 3.
Böôùc 1.2: Neáu Matlab baùo loãi, kieåm tra xem trong thö muïc hieän haønh coù file döõ
lieäu Motor_Input.mat hay khoâng? Neáu chöa coù haõy goïi haøm Motor_Input.m ñeå taïo
file chöùa tín hieäu vaøo.
Böôùc 1.3: Ñaët thoâng soá cho chöông trình Simulink
- Nhaáp chuoät vaøo cöûa soå [Motor], sau ñoù choïn menu [Simulation] →
[Simulation Parameters …] (coù theå baám phím taét laø [Ctrl-E], cöûa soå [Simulation
Parameters: Motor] hieän leân.
Thôøi gian thu thaäp
döõ lieâu laø 30 giaây
Chu kyø laáy maãu 0.01 giaây
Löu tröõ thôøi gian vaøo bieán tout
Löu tröõ döõ lieäu vaøo bieán yout
Löu tröõ toái ña 5000 maãu döõ lieäu
7
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Bieân dòch chöông trình thaønh
maõ chaïy treân maùy tính Target
- Laàn löôït choïn caùc trang [Solver], [Workspace IO], [Real-Time Workshop]
trong cöûa soå [Simulation Parameters: Motor] vaø kieåm tra xem noäi dung caùc trang
coù gioáng caùc hình treân ñaây hay khoâng, neáu khoâng thì ñaët laïi cho ñuùng.
- Sau khi kieåm tra noäi dung caùc trang trong cöûa soå [Simulation Parameters:
Motor], nhaáp chuoät vaøo nuùt nhaán [OK].
Böôùc 1.4: Bieân dòch chöông trình vaø taûi xuoáng maùy tính ñích
Trong cöûa soå [Motor] choïn [Tool] → [Realtime Workshop] → [Build Model]
(coù theå baám phím taét laø [Ctrl-B]).
Maùy tính chuû baét ñaàu bieân dòch chöông trình thu thaäp döõ lieäu vaø sau ñoù taûi
chöông trình xuoáng maùy tính ñích. Neáu khoâng coù loãi treân maøn hình maùy tính chuû vaø
maùy tính ñích coù xuaát hieän thoâng baùo cho bieát quaù trình bieân dòch vaø taûi chöông
trình xuoáng thaønh coâng. ÔÛ böôùc naøy neáu coù Matlab baùo loãi thì tuøy theo thoâng baùo
loãi haõy kieåm tra laïi xem:
- Chöông trình Simulink coù loãi hay khoâng (chuù yù raèng caùc loãi naøy coù theå bao
goàm loãi söû duïng caùc khoái con khoâng töông thích vôùi xPC Target).
- Keát noái coång COM giöõa maùy tính chuû vaø maùy tính ñích coù loãi khoâng?
- Neáu khoâng xaùc ñònh ñöôïc loãi haõy lieân heä vôùi ngöôøi höôùng daãn thí nghieäm ñeå
ñöôïc giuùp ñôõ.
Böôùc 1.5: Thöïc thi chöông trình thu thaäp döõ lieäu
Taïi daáu nhaéc leänh cuûa Matlab, goõ vaøo doøng leänh:
>> tg.start [ENTER]
Neáu ñoäng cô khoâng quay haõy kieåm tra xem moâ hình ñoäng cô ñaõ ñöôïc caáp
nguoàn chöa?
Böôùc 1.6: Löu tröõ döõ lieäu ñeå söû duïng trong nhaän daïng
Taïi daáu nhaéc leänh cuûa Matlab, goõ vaøo doøng leänh:
>> Save_Motor_Data [ENTER]
8
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Chöông trình seõ taûi döõ lieäu töø maùy tính ñích veà maùy tính chuû, sau ñoù löu tröõ tín
hieäu ñieàu khieån ñieän aùp phaàn öùng vaøo bieán u, toác ñoä ñoäng cô vaøo bieán y1, vò trí
ñoäng cô vaøo bieán y2, sau ñoù veõ ñoà thò döõ lieäu vaøo ra vöøa thu thaäp ñöôïc (môû file
Save_Motor_Data.m ñeå xem chi tieát caùc leänh). Döõ lieäu thu thaäp ñöôïc seõ ñöôïc söû
duïng ñeå nhaän daïng heä thoáng coù caùc thí nghieäm tieáp theo.
Thí nghieäm 2: Thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaøo – ra cuûa heä boàn chöùa
Thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaøo – ra cuûa heä boàn chöùa töông töï nhö
caùch ñaõ laøm ôû thí nghieäm 1, chuù yù raèng:
- Chöông trình Simulink thu thaäp döõ lieäu heä boàn chöùa: Coupled_Tank.mdl
- File chöùa tín hieäu vaøo heä boàn chöùa: Tank_Input.mat.
- Chöông trình taïo ra tín hieäu vaøo: Tank_Input.m.
- Thôøi gian thu thaäp döõ lieäu laø 10 phuùt,
- Chu kyø laáy maãu laø 0.5 giaây
- File thöïc thi chöông trình löu tröõ döõ lieäu: Save_Tank_Data.m
- Tín hieäu vaøo (ñieän aùp ñieàu khieån maùy bôm) ñöôïc löu vaøo caùc bieán u1, u2
- Tín hieäu ra (ñoä cao möïc chaát loûng trong boàn) ñöôïc löu vaøo caùc bieán y1, y2
Caùc thí nghieäm nhaän daïng moâ hình tuyeán tính
Thí nghieäm 3: Nhaän daïng ñaùp öùng xung cuûa ñoäng cô DC baèng PP phaân tích quaù ñoä
Böôùc 3.1: Thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu (xem thí nghieäm 1) vôùi tín hieäu
vaøo (ñieän aùp phaàn öùng) coù daïng haøm naác, tín hieäu ra laø toác ñoä ñoäng cô DC.
Böôùc 3.2: Tính ñaùp öùng xung. Goïi haøm:
g = Transient_Response_Analysis(u,y)
ñeå tính ñaùp öùng xung g (t ) .
Böôùc 3.3: Ñaùnh giaù moâ hình
- Thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp soá lieäu vôùi tín hieäu vaøo baát kyø. Löu tín hieäu
vaøo vaøo bieán uv, tín hieäu ra vaøo bieán yv.
- Ñaùnh giaù moâ hình baèng caùch goïi haøm:
e = Transient_Response_Validate(g,uv,yv)
vôùi g laø ñaùp öùng xung öôùc löôïng ñöôïc ôû böôùc 2.2, e laø sai soá.
Haõy cho bieát moâ hình nhaän daïng ñöôïc coù “chính xaùc” hay khoâng?
Thí nghieäm 4: Nhaän daïng ñaùp öùng taàn soá cuûa ñoäng cô DC baèng phöông phaùp
kieåm tra soùng sin (Sine-wave testing)
Böôùc 4.1: Thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vôùi tín hieäu vaøo laø haøm sin, taàn soá
ω = 0.2π rad/sec, tín hieäu ra laø toác ñoä ñoäng cô.
9
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Böôùc 4.2: Quan saùt ñoà thò ñaùp öùng, haõy tính M (ω ) laø tæ leä veà bieân ñoä giöõa tín hieäu
ra vaø tín hieäu vaøo, ϕ (ω ) laø ñoä leäch pha giöõa tín hieäu ra vaø tín hieäu vaøo.
Böôùc 4.3: Laëp laïi böôùc 4.1 vaø 4.2 vôùi taàn soá tín hieäu hình sin taêng daàn.
Böôùc 4.4: Veõ ñoà thò ñaùp öùng taàn soá (bieåu ñoà Bode) cuûa ñoäng cô DC döïa vaøo keát
quaû caùc thí nghieäm
Haõy cho bieát taàn soá caét bieân, taàn soá caét pha, ñoä döï tröõ bieân, ñoä döï tröõ pha cuûa
ñoäng cô DC coù ñaùp öùng taàn soá vöøa öôùc löôïng ñöôïc.
Thí nghieäm 5: Nhaän daïng ñaùp öùng taàn soá cuûa ñoäng cô baèng PP kieåm tra soùng sin
Laëp laïi thí nghieäm 4 vôùi tín hieäu vaøo laø tín hieäu ñieàu khieån ñieän aùp phaàn öùng,
tín hieäu ra vò trí goùc quay cuûa ñoäng cô.
Veõ bieåu ñoà Bode. Xaùc ñònh taàn soá caét bieân, taàn soá caét pha, ñoä döï tröõ bieân, ñoä
döï tröõ pha. Haõy cho nhaän xeùt so saùnh bieåu ñoà Bode bieân ñoä vaø pha öôùc löôïng ñöôïc
trong hai thí nghieäm 4 vaø 5.
Thí nghieäm 6: Nhaän daïng moâ hình coù tham soá cuûa ñoäng cô DC söû duïng boä coâng
cuï Ident Toolbox cuûa Matlab
Böôùc 6.1: Thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vôùi tín hieäu vaøo laø tín hieäu nhò
phaân ngaãu nhieân (u), tín hieäu ra laø toác ñoä ñoäng cô (y1).
Böôùc 6.2: Kích hoaït boä coâng cuï
nhaän daïng heä thoáng cuûa Matlab
baèng doøng leänh:
>> Ident [ENTER]
Cöûa soå giao dieän cuûa boä
coâng cuï Ident hieån thò treân maøn
hình. Giao dieän naøy cho pheùp
deã daøng thöïc hieän caùc böôùc
nhaän daïng heä thoáng nhö xöû lyù
döõ lieäu, öôùc löôïng thoâng soá,
ñaùnh giaù moâ hình,… Caùch söû
duïng giao dieän coù theå tham
khaûo trong taøi lieäu höôùng daãn
cuûa Matlab.
Böôùc 6.3: Laáy döõ lieäu ñeå nhaän daïng.
- Choïn [Data] → [Import…], cöûa soå [Import Data] hieän leân.
- Haõy ñieàn thoâng tin vaøo cöûa soå [Import Data] nhö hình ôû trang sau.
- Nhaáp chuoät vaøo nuùt nhaán [Import] ñeå nhaäp döõ lieäu vaøo ra cuûa heä thoáng caàn
nhaän daïng vaøo cöûa soå [Ident].
- Nhaáp chuoät vaøo nuùt nhaán [Close] ñeå ñoùng cuûa soå [Import Data].
10
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
u (ñieän aùp) vaø y1 (toác ñoä) laø hai
bieán löu döõ lieäu vaøo ra cuûa ñoäng
cô ñaõ thu thaäp ñöôïc ôû böôùc 6.1
teân döõ lieäu coù theå ñaët tuøy choïn
thôøi gian laáy maãu döõ lieäu
Böôùc 6.4: Tieàn xöû lyù döõ lieäu.
Trong cöûa soå [Ident] choïn [Preprocess] → [Quick Start], boä coâng cuï Ident laàn
löôït thöïc hieän caùc taùc vuï sau:
- Loaïi möùc DC ra khoûi döõ lieäu (Remove mean), ñaët teân cho taäp döõ lieäu sau khi
loaïi möùc DC laø Motord (theâm ñuoâi d vaøo teân ban ñaàu).
- Chia döõ lieäu sau khi loaïi möùc DC laøm 2 ñoaïn (Select range), ñoaïn ñaàu duøng
ñeå öôùc löôïng thoâng soá (Motorde), ñoaïn sau duøng ñeå ñaùnh giaù moâ hình (Motordv).
- Hieån thò döõ lieäu leân cöûa soå [Time plot]
döõ lieäu sau khi loaïi möùc DC
döõ lieäu ban ñaàu
döõ lieäu duøng ñeå öôùc löôïng thoâng soá
döõ lieäu duøng ñeå ñaùnh giaù moâ hình
11
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Chuù yù: [Preprocess] → [Quick start] cho pheùp ngöôøi môùi baét ñaàu
laøm quen vôùi boä coâng cuï Ident coù theå nhanh choùng tieàn xöû lyù döõ
lieäu. Tuy nhieân caùc taùc vuï maø Ident thöïc hieän khi ngöôøi duøng
choïn [Quick start] coù theå khoâng phuø hôïp trong moät soá tröôøng hôïp.
Do ñoù neáu ñaõ söû duïng thuaàn thuïc boä coâng cuï Ident, ñeà nghò hoïc
vieân töï thöïc hieän caùc böôùc tieàn xöû lyù döõ lieäu thích hôïp vôùi heä
thoáng caàn nhaän daïng. Caùch söû duïng boä coâng cuï Ident ñöôïc trình
baøy chi tieát trong caùc taøi lieäu höôùng daãn cuûa Matlab.
Böôùc 6.5: Choïn caáu truùc moâ hình, öôùc löôïng thoâng soá, ñaùnh giaù moâ hình.
• Choïn caáu truùc moâ hình coù tham soá:
- Choïn [Estimate] → [Parametric Models], cöûa soå [Parametric Model] xuaát
hieän.
- Choïn caáu truùc moâ hình ARX, baäc moâ hình 4 4 1 (na=4, nb=4, nk=1)
choïn caáu truùc moâ hình
choïn baäc moâ hình
teân moâ hình ngöôøi duøng coù theå töï
gaùn hoaëc Matlab gaùn töïï ñoäng döïa
vaøo caáu truùc vaø baäc moâ hình
• Öôùc löôïng thoâng soá: nhaáp chuoät vaøo nuùt nhaán [Estimate] trong cöûa soå
[Parametric Models], Matlab seõ öôùc löôïng thoâng soá moâ hình vöøa choïn ôû treân.
• Ñaùnh giaù moâ hình: trôû veà cöûa soå [Ident], coù theå ñaùnh giaù moâ hình baèng caùch
quan saùt:
- Ngoõ ra moâ hình (Model output)
- Thaëng dö cuûa moâ hình (Model residuals)
- Ñaùp öùng quaù ñoä (Transient response)
- Ñaùp öùng taàn soá (Frequency response)
- Giaûn ñoà cöïc zero (Zeros and poles)
- Phoå nhieãu (Noise spectrum)
Böôùc 6.6: Laëp laïi böôùc 6.5 vôùi caùc caáu truùc moâ hình khaùc nhau vaø baäc moâ hình
khaùc nhau, ñaùnh giaù so saùnh caùc moâ hình vaø ruùt ra keát luaän veà moâ hình “toát nhaát”
ñaõ nhaän daïng ñöôïc.
12
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Chuù yù: Thoâng thöôøng moâ hình “toát” phaûi thoûa maõn caùc ñieàu kieän sau ñaây:
- Moâ taû ñöôïc ñaëc tính ñoäng cuûa ñoái töôïng caàn nhaän daïng vôùi sai soá nhoû.
- Baäc caøng thaáp caøng toát.
- Cöïc vaø zero cuûa moâ hình naèm trong ñöôøng troøn ñôn vò.
- Thaëng dö coøn laïi sau khi nhaän daïng laø nhieãu traéng.
Caùc moâ hình ñaõ nhaän daïng,
nhaáp chuoät phaûi vaøo bieåu
töôïng moâ hình ñeå xem
thoâng soá ñaõ öôùc löôïng. Hoïc
vieân caàn thöû nhaän daïng
theâm caùc moâ hình nöõa
tröôùc khi keát luaän veà moâ
hình toát nhaát.
Nhieãu traéng
Thí nghieäm 7: Nhaän daïng heä thoáng ôû bieân giôùi oån ñònh
Ñeå yù raèng moâ hình ñoäng cô vôùi tín hieäu ra laø vò trí coù moät khaâu tích phaân lyù
töôûng, heä thoáng ôû bieân giôùi oån ñònh. Haõy thöïc hieän caùc böôùc töông töï nhö thí
nghieäm 6 ñeå nhaän daïng moâ hình cuûa ñoäng cô DC vôùi tín hieäu vaøo laø ñieän aùp, tín
hieäu ra laø vò trí goùc quay. Haõy cho bieát laø coù theå nhaän daïng ñöôïc hay khoâng? Giaûi
thích taïi sao?
Thí nghieäm 8: Nhaän daïng heä thoáng kín
Haõy döïa vaøo chöông trình Motor.mdl ñeå taïo moät chöông trình Simulink (töông
thích vôùi xPC Target) thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu heä thoáng kín theo sô ñoà
döôùi ñaây vôùi haøm truyeàn cuûa khoái H(z) do hoïc vieân tuøy choïn.
13
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
ñieän aùp vò trí
+ Ñoäng cô DC
−
H(z)
Sau ñoù söû duïng boä coâng cuï Ident nhaän daïng moâ hình ñoäng cô DC vôùi tín hieäu
vaøo laø ñieän aùp, tín hieäu ra laø vò trí goùc quay baèng 3 phöông phaùp:
- Phöông phaùp tröïc tieáp
- Phöông phaùp giaùn tieáp
- Phöông phaùp keát hôïp vaøo ra
Thí nghieäm 9: Nhaän daïng moâ hình tuyeán tính cuûa heä boàn ñôn xung quanh ñieåm tónh
Heä boàn chöùa laø coù ñaëc tính ñoäng hoïc phi tuyeán. Neáu trong moät öùng duïng naøo
ñoù heä thoáng hoaït ñoäng xung quanh ñieåm tónh, chaúng haïn nhö trong caùc heä thoáng
ñieàu khieån oån ñònh hoùa, thì coù theå nhaän daïng heä thoáng xung quanh ñieåm tónh duøng
moâ hình tuyeán tính.
- Thay ñoåi vò trí caùc van xaû ñeå ñöôïc heä boàn ñôn
- Haõy choïn tín hieäu vaøo thích hôïp ñeå thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaø
söû duïng boä coâng cuï Ident nhaän daïng moâ hình tuyeán tính cuûa heä boàn ñôn xung
quanh ñieåm tónh y1 = 20cm.
(Chöông trình Simulink thu thaäp döõ lieäu heä boàn chöùa laø Coupled_Tank.mdl)
Thí nghieäm 10: Nhaän daïng moâ hình tuyeán tính heä boàn noái tieáp xung quanh ñieåm tónh
- Thay ñoåi vò trí caùc van xaû ñeå ñöôïc heä boàn noái tieáp
- Haõy choïn tín hieäu vaøo thích hôïp ñeå thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaø
söû duïng boä coâng cuï Ident nhaän daïng moâ hình tuyeán tính cuûa heä boàn ñôn xung
quanh ñieåm tónh y2 = 10cm.
Caùc thí nghieäm nhaän daïng moâ hình phi tuyeán
Matlab khoâng coù caùc coâng cuï nhaän daïng moâ hình phi tuyeán. Trong caùc thí
nghieäm nhaän daïng moâ hình phi tuyeán döôùi ñaây caùc chöông trình öôùc löôïng thoâng soá
moâ hình (hoài qui tuyeán tính, moâ hình môø, moâ hình maïng thaàn kinh) ñaõ ñöôïc laäp
trình saún, hoïc vieân coù theå tham khaûo maõ nguoàn ñeå tieáp tuïc phaùt trieån caùc chöông
trình.
14
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Thí nghieäm 11: Nhaän daïng heä boàn ñôn duøng moâ hình hoài qui tuyeán tính
Böôùc 11.1: Ñieàu chænh caùc van xaû ñeå ñöôïc heä boàn ñôn, thöïc hieän thí nghieäm thu
thaäp döõ lieäu vaøo ra. Chuù yù raèng ñeå laáy ñöôïc ñaëc tính phi tuyeán cuûa heä boàn ñôn tín
hieäu vaøo phaûi choïn sao cho:
- coù taàn soá vaø bieân ñoä thay ñoåi ngaãu nhieân vì ñaëc tính cuûa heä phi tuyeán khoâng
chæ phuï thuoäc vaøo taàn soá maø coøn phuï thuoäc vaøo bieân ñoä.
- tín hieäu ra phaûi thay ñoåi roäng trong taàm 0-40cm.
- quan saùt ñoà thò döõ lieäu vaøo ra thaáy ñöôïc söï aûnh höôûng roõ raøng cuûa tín hieäu
vaøo ñeán tín hieäu ra.
Böôùc 11.2: Choïn caáu truùc moâ hình hoài qui tuyeán tính (xem phuï luïc).
Böôùc 11.3: Öôùc löôïng thoâng soá vaø ñaùnh giaù moâ hình hoài qui tuyeán tính duøng haøm:
[P, err] = SingleTank_LinReg(Z)
trong ñoù Z laø döõ lieäu vaøo ra cuûa heä boàn ñôn (Z=[u,y]), P laø thoâng soá cuûa moâ hình,
err laø trung bình bình phöông sai soá. Haøm SingleTank_LinReg ñaõ ñöôïc laäp trình
saún ñeå öôùc löôïng thoâng soá vaø ñaùnh giaù moâ hình hoài qui tuyeán tính cuûa heä boàn ñôn.
Haõy quan saùt caùc ñoà thò ñaùnh giaù moâ hình vaø cho bieát moâ hình hoài qui tuyeán
tính ñaõ nhaän daïng ñöôïc coù moâ taû ñöôïc ñaëc tính ñoäng hoïc phi tuyeán cuûa heä boàn ñôn
khoâng? Neáu khoâng haõy cho bieát lyù do?
Thí nghieäm 12: Nhaän daïng heä boàn noái tieáp duøng moâ hình hoài qui tuyeán tính
Thöïc hieän caùc böôùc töông töï nhö thí nghieäm 11, chæ khaùc laø:
- thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaøo ra cuûa heä boàn noái tieáp
- choïn moâ hình hoài qui tuyeán tính cuûa heä boàn noái tieáp (döïa vaøo moâ hình toaùn
hoïc cuûa heä boàn noái tieáp trình baøy trong phuï luïc)
- söûa ñoåi chöông trình SingleTank_LinReg thaønh CascadeTank_LinReg öôùc
löôïng thoâng soá vaø ñaùnh giaù moâ hình hoài qui tuyeán tính cuûa heä boàn noái tieáp.
Thí nghieäm 13: Nhaän daïng heä boàn ñôn duøng moâ hình môø
Böôùc 13.1: Thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaøo ra heä boàn ñôn nhö ñaõ laøm ôû
thí nghieäm 11.
Böôùc 13.2: Choïn caáu truùc moâ hình môø (xem phuï luïc B). Moâ hình môø cuûa heä boàn
ñôn ñaõ ñöôïc laäp trình saún vaø löu trong file SingleTank_FuzzyPred.m (Single Tank
Fuzzy Predictor).
Böôùc 13.3: Öôùc löôïng thoâng soá moâ hình môø duøng thuaät toaùn Levenberg–Marquardt:
P = lmest(Ze,’SingleTank_FuzzyPred’,P0)
(Levenberg Marquardt Estimate)
trong ñoù P laø thoâng soá cuûa moâ hình môø, P0 laø thoâng soá khôûi ñoäng ban ñaàu.
15
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Böôùc 13.4: Ñaùnh giaù moâ hình, goïi haøm
err = validate(Zv, ’SingleTank_FuzzyPred’,P)
ñeå ñaùnh giaù moâ hình. Haõy quan saùt ñoà thò vaø cho bieát moâ hình môø vöøa nhaän daïng
coù moâ taû ñöôïc ñaëc tính ñoäng hoïc phi tuyeán cuûa heä boàn ñôn khoâng? Neáu khoâng haõy
cho bieát lyù do?
Thí nghieäm 14: Nhaän daïng heä boàn noái tieáp duøng moâ hình môø
Thöïc hieän caùc böôùc töông töï nhö thí nghieäm 13, chæ khaùc laø:
- thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaøo ra cuûa heä boàn noái tieáp
- xaây döïng moâ hình môø cuûa heä boàn noái tieáp (döïa vaøo caùc phaùt bieåu ngoân ngöõ
moâ taû ñaëc tính ñoäng hoïc heä boàn noái tieáp, caùc phaùt bieåu naøy chæ coù ñöôïc töø quan saùt
thöïc nghieäm)
- söûa ñoåi chöông trình SingleTank_FuzzyPred thaønh CascadeTank_FuzzyPred
phuø hôïp vôùi moâ hình môø vöøa xaây döïng ôû treân.
Thí nghieäm 15: Nhaän daïng heä boàn ñôn duøng moâ hình maïng thaàn kinh
Thöïc hieän caùc böôùc töông töï nhö thí nghieäm 13, chæ khaùc laø trong thí nghieäm
naøy caáu truùc moâ hình ñöôïc söû duïng laø moâ hình maïng thaàn kinh. Boä döï baùo ngoõ ra
heä boàn ñôn duøng maïng thaàn kinh ñaõ ñöôïc laäp trình saún vaø löu tröõ trong file
SingleTank_NeuralPred. Thuaät toaùn huaán luyeän maïng cuõng söû duïng thuaät toaùn
Levenberg–Marquardt (hoïc vieân coù theå laäp trình thuaät toaùn khaùc).
Thí nghieäm 16: Nhaän daïng heä boàn noái tieáp duøng moâ hình maïng thaàn kinh
Thöïc hieän caùc böôùc töông töï nhö thí nghieäm 14, thay theá caáu truùc moâ hình môø
baèng caáu truùc moâ hình maïng thaàn kinh. Hoïc vieân töï xaây döïng maïng thaàn kinh döï
baùo ngoõ ra heä boàn noái tieáp, laäp trình vaø löu vaøo file CascadeTank_NeuralPred.
Thuaät toaùn huaán luyeän maïng töông töï nhö thuaät toaùn söû duïng ôû thí nghieäm 15.
Caùc thí nghieäm naâng cao: nhaän daïng heä MIMO
Heä boàn keùp laø heä MIMO 2 ngoõ vaøo 2 ngoõ ra. Trong caùc thí nghieäm naâng cao
döôùi ñaây hoïc vieân phaûi vaän duïng kieán thöùc ñaõ tích luõy ñöôïc töø caùc thí nghieäm nhaän
daïng heä SISO ñeå giaûi baøi toaùn nhaän daïng heä MIMO. Boä coâng cuï Ident coù theå söû
duïng ñeå nhaän daïng moâ hình tuyeán tính MIMO. Caùc thuaät toaùn öôùc löôïng thoâng soá
moâ hình phi tuyeán MIMO ñeàu khoâng coù saún, hoïc vieân töï ñöa ra thuaät toaùn, laäp
trình, aùp duïng thöïc nghieäm.
16
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Thí nghieäm 17: Nhaän daïng moâ hình tuyeán tính cuûa heä boàn keùp xung quanh ñieåm tónh
- Thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu heä boàn keùp xung quanh ñieåm tónh
y1 = 15 cm, y 2 = 25 cm.
- Xung quanh ñieåm tónh, quan heä vaøo ra cuûa heä boàn keùp coù theå bieåu dieãn döôùi
daïng:
Y1 ( z ) G11 ( z ) G12 ( z ) U1 ( z )
Y ( z ) = G ( z ) G ( z ) U ( z )
2 21 22 2
Haõy söû duïng boä coâng cuï Ident nhaän daïng caùc haøm truyeàn G11 ( z ) , G12 ( z ) ,
G21 ( z ) , G22 ( z ) .
Thí nghieäm 18: Nhaän daïng boàn keùp duøng moâ hình hoài qui tuyeán tính
- Thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaøo ra heä boàn keùp.
- Xaây döïng moâ hình hoài qui tuyeán tính cuûa heä boàn keùp.
- Vieát chöông trình öôùc löôïng thoâng soá moâ hình hoài qui tuyeán tính heä boàn keùp.
- Ñaùnh giaù moâ hình.
Thí nghieäm 19: Nhaän daïng heä boàn keùp duøng moâ hình môø
- Thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaøo ra heä boàn keùp.
- Xaây döïng moâ hình môø moâ taû ñaëc tính ñoäng cuûa heä boàn keùp.
- Vieát chöông trình öôùc löôïng thoâng soá moâ hình môø cuûa heä boàn keùp.
- Ñaùnh giaù moâ hình.
Thí nghieäm 20: Nhaän daïng heä boàn keùp duøng moâ hình maïng thaàn kinh
- Thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu vaøo ra heä boàn keùp.
- Xaây döïng moâ hình maïng thaàn kinh moâ taû ñaëc tính ñoäng cuûa heä boàn keùp.
- Vieát chöông trình öôùc löôïng thoâng soá moâ hình maïng thaàn kinh cuûa heä boàn keùp.
- Ñaùnh giaù moâ hình.
V. BAÙO CAÙO THÍ NGHIEÄM
1. Baùo caùo keát quaû cuûa moãi thí nghieäm:
- Döõ lieäu vaøo ra thu thaäp ñöôïc
- Bieåu thöùc moâ hình nhaän daïng ñöôïc
- Ñoà thò ñaùnh giaù moâ hình
2. Nhaän xeùt ñaùnh giaù keát quaû nhaän daïng ôû moãi thí nghieäm, so saùnh keát quaû nhaän
daïng giöõa caùc thí nghieäm nhö yeâu caàu trong phaàn höôùng daãn thí nghieäm.
3. Maõ nguoàn coù chuù thích ñaày ñuû ñoái vôùi nhöõng thí nghieäm nhaän daïng heä thoáng
maø hoïc vieân phaûi töï laäp trình.
17
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
PHUÏ LUÏC A
NHAÄN DAÏNG HEÄ THOÁNG
A.1. BAØI TOAÙN NHAÄN DAÏNG HEÄ THOÁNG
Nhaän daïng heä thoáng laø phöông phaùp xaây döïng moâ hình toaùn hoïc cuûa heä thoáng
döïa vaøo döõ lieäu vaøo ra quan saùt ñöôïc.
Quaù trình giaûi baøi toaùn nhaän daïng heä thoáng laø quaù trình laëp theo löu ñoà trình
baøy ôû hình A.1. Boán vaán ñeà cô baûn caàn giaûi quyeát khi giaûi baøi toaùn nhaän daïng heä
thoáng laø thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu, choïn caáu truùc moâ hình, öôùc löôïng thoâng soá vaø
ñaùnh giaù chaát löôïng moâ hình.
Thí nghieäm thu
thaäp döõ lieäu
Thoâng tin bieát tröôùc veà heä thoáng: caùc qui
luaät vaät lyù, caùc phaùt bieåu ngoân ngöõ, …
Xöû lyù sô
boä döõ lieäu
Choïn caáu truùc
moâ hình
Choïn tieâu chuaån
öôùc löôïng
Öôùc löôïng thoâng soá
Ñaùnh giaù
moâ hình Khoâng toát ⇒ laëp laïi
Khoâng toát ⇒ xeùt laïi
thoâng tin bieát tröôùc
Toát ⇒ chaáp nhaän moâ hình
Hình A.1: Voøng laëp giaûi baøi toaùn nhaän daïng heä thoáng
A.2. THÍ NGHIEÄM THU THAÄP DÖÕ LIEÄU
Ñeå coù theå nhaän daïng ñöôïc moâ hình toaùn cuûa heä thoáng, tröôùc tieân ta phaûi choïn
tín hieäu thöû coù bieân ñoä vaø baêng thoâng thích hôïp ñaët vaøo caùc ngoõ vaøo vaø quan saùt
ñaùp öùng ôû caùc ngoõ ra cuûa heä thoáng, böôùc naøy goïi laø thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu. Tín
hieäu thöû aûnh höôûng raát lôùn ñeán chaát löôïng cuûa moâ hình, neáu tín hieäu thöû ñöôïc choïn
khoâng toát thì khoâng theå laáy ñöôïc ñaëc tính cuûa heä thoáng, ñieàu naøy daãn ñeán sai soá moâ
hình nhaän daïng ôû caùc böôùc tieáp theo seõ lôùn. Döõ lieäu vaøo ra cuûa heä thoáng ñöôïc thu
thaäp, xöû lyù sô boä (loaïi möùc DC, loïc nhieãu,…) vaø löu tröõ ñeå söû duïng trong caùc böôùc
öôùc löôïng thoâng soá (Ze) vaø ñaùnh giaù moâ hình (Zv).
18
Baøi thí nghieäm: Nhaän daïng heä thoáng
Caùc vaán ñeà caàn quan taâm khi thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp döõ lieäu
A.2.1. Xaùc ñònh ngoõ vaøo, ngoõ ra cuûa heä thoáng caàn nhaän daïng
Xaùc ñònh tín hieäu “kích thích“ ñeå thöïc hieän thí nghieäm thu thaäp soá lieäu vaø vò
trí ñaët caûm bieán ñeå ño tín hieäu ra.
A.2.2. Choïn tín hieäu vaøo
Daïng tín hieäu vaøo aûnh höôûng raát lôùn ñeán döõ lieäu quan saùt. Tín hieäu vaøo quyeát
ñònh ñieåm laøm vieäc cuûa heä thoáng, boä phaän naøo vaø cheá ñoä laøm vieäc naøo cuûa heä
thoáng ñöôïc kích thích trong thí nghieäm.
• Neáu heä thoáng caàn nhaän daïng laø heä tuyeán tính thì tín hieäu vaøo coù theå choïn laø:
- Tín hieäu ngaãu nhieân phaân boá Gauss (RGS – Random Gaussian Signal)
- Tín hieäu nhò phaân ngaãu nhieân (RBS – Random Binary Signal)
- Tín hieäu nhò phaân ngaãu nhieân giaû (PRBS – Pseudo Random Binary Signal)
- Tín hieäu ña haøi (Multi – sines)
Coù theå söû duïng leänh idinput cuûa boä coâng cuï Ident (Matlab) ñeå taïo ra caùc tín
hieäu vaøo vöøa ñeà caäp ôû treân.
• Neáu heä thoáng caàn nhaän daïng laø heä phi tuyeán thì tín hieäu vaøo phaûi coù taàn soá vaø
bieân ñoä thay ñoåi ngaãu nhieân vì ñaëc tính phi tuyeán khoâng chæ phuï thuoäc vaøo taàn soá
maø coøn phuï thuoäc vaøo bieân ñoä.
A.2.3. Xaùc ñònh chu kyø laáy maãu
- Laáy maãu quaù nhanh (chu kyø laáy maãu nhoû) coù theå daãn ñeán caùc khoù khaên khi
öôùc löôïng thoâng soá baèng phöông phaùp soá, moâ hình khôùp (fit) ôû mieàn taàn soá cao.
Neáu heä thoáng coù thôøi gian cheát thì vieäc choïn chu kyø laáy maãu quaù nhoû coù theå seõ laøm
cho heä thoáng ñöôïc moâ hình hoùa vôùi khaâu treå keùo daøi trong nhieàu chu kyø laáy maãu,
ñieàu naøy se gaây khoù khaên khi söû duïng moâ hình ñeå thieát keá heä thoáng ñieàu khieån
- Khi chu kyø laáy maãu taêng vöôït quaù thôøi haèng töï nhieân cuûa heä thoáng phöông
sai taêng ñoät ngoät.
- Chu kyø laáy maãu toái öu trong tröôøng hôïp soá maãu döõ lieäu coá ñònh xaáp xæ thôøi
haèng cuûa heä thoáng. Neáu khoâng bieát tröôùc thôøi haèng cuûa heä thoáng thì ta phaûi öôùc
löôïng, neáu thôøi haèng öôùc löôïng cao hôn thöïc teá thì vieäc choïn chu kyø laáy maãu xaáp xæ
thôøi haèng seõ daãn keát keát quaû nhaän daïng raát xaáu.
- Khi thu thaäp döõ lieäu neân laáy maãu caøng nhanh caøng toát, chu kyø laáy maãu T
thöïc teá seõ ñöôïc choïn sau khi xöû lyù döõ lieäu.
A.4.4. Xaùc ñònh soá maãu döõ lieäu caàn thu thaäp
Goïi soá maãu döõ lieäu thu thaäp ñeå öôùc löôïng thoâng soá laø N, N caøng lôùn thì caøng
coù nhieàu thoâng tin, caøng coù theå nhaän daïng chính xaùc moâ hình cuûa heä thoáng.
A.3. CAÁU TRUÙC MOÂ HÌNH
Vaán ñeà quan troïng nhaát vaø khoù nhaát trong caùc böôùc giaûi baøi toaùn nhaän daïng
heä thoáng laø ñöa ra ñöôïc caáu truùc moâ hình phuø hôïp vôùi heä thoáng caàn nhaän daïng. Caáu
truùc moâ hình laø haøm toaùn hoïc ñöôïc thoâng soá hoùa, haøm naøy coù theå lieân quan hoaëc
19
