Systeemiteoria ja malli, tavoitteellisen toiminnan perusta

Samankaltaiset tiedostot
Mat Systeemien identifiointi

Matematiikan tukikurssi

IV-kuntotutkimushanke_tutkijat

Dynaamisen järjestelmän siirtofunktio

Numeeriset menetelmät

KOKEMUKSIA TOIMINTAKYKYÄ. Itsenäiseen elämään sopivin palveluin -hanke Merja Marjamäki

Aloittavilla opiskelijoilla on hyvin erilaiset fysiikan taidot Taitavat turhautuvat herkästi Vähemmän taitavat eivät välttämättä osaa yhdistää

Mielestämme hyvä kannustus ja mukava ilmapiiri on opiskelijalle todella tärkeää.

Luotettavuuden mittaamisesta. Ilkka Norros ja Urho Pulkkinen

Väli- ja loppuraportointi

Sähköpostiohjeet. Tehokas ja huoleton sähköposti

Epäyhtälön molemmille puolille voidaan lisätä sama luku: kaikilla reaaliluvuilla a, b ja c on voimassa a < b a + c < b + c ja a b a + c b + c.

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

Identifiointiprosessi

Luento 6. June 1, Luento 6

Käyttöjärjestelmät: Virtuaalimuisti

Optimointi. Etsitään parasta mahdollista ratkaisua annetuissa olosuhteissa. Ongelman mallintaminen. Mallin ratkaiseminen. Ratkaisun analysointi

Mat Systeemien identifiointi, aihepiirit 1/4

Parametristen mallien identifiointiprosessi

ESTON LASKENTA VERKOSSA

Isännän Ääni- Seuraseminaari. Kokkola SJK - juniorit

Ratkaisuehdotukset Kesäyliopisto Kuvassa on esitetty erään ravintolan lounasbuffetin kysyntäfunktio.

Molemmille yhteistä asiaa tulee kerralla enemmän opeteltavaa on huomattavasti enemmän kuin englannissa

Sonera Hosted Mail -palvelun käyttöohje

Hallituksen esityksestä eduskunnalle laiksi koulutuksen rahoituksesta Vantaan kaupungin lausunto

Prosessit etyön kehittämisessä

Tietoturva langattomissa verkoissa. Anekdootti

Kuntien haasteet sosiaali- ja terveydenhuollon palveluiden järjestämisessä - valvonnan näkökulma

Matematiikan tukikurssi 3.4.

Tunnustakaa siis syntinne toisillenne ja rukoilkaa toistenne puolesta, jotta parantuisitte. Ja a k. 5 : 1 6

MUUTOS 14! - Sosiaaliset kriteerit julkisissa hankinnoissa!

Huomaathan, että ohjeessa olevat näytöistä otetut kuvat voivat poiketa sinun koulutuksesi vastaavien sivujen kuvista.

Voiko kohtaamista johtaa?- myönteisen vuorovaikutuksen luominen hoivakontakteissa. Mainio Vire Oy Laura Saarinen

Luottamus ja yrittäjän etiikka

Mikä luo nuorelle turvallisuuden tunnetta kodin ja viranomaisten välissä

Kenguru 2016 Mini-Ecolier (2. ja 3. luokka) Ratkaisut

1. Projektin status. 1.1 Tavoitteiden päivitys. 1.2 Tulokset Mallinnus

HALLINTOTIETEIDEN MAISTERIN TUTKINTO Valintakoe Pisteet yhteensä (tarkastaja merkitsee)

Ohjelmiston testaus ja laatu. Testaus yleistä

Induktio kaavan pituuden suhteen

Esityksen tiivistelmä Elina Hiltunen

Diskreetit rakenteet

Vetokaapit laboratorioihin

Palvelusetelin uudet. Lääkäripalveluyritykset ry Ismo Partanen

KiVa Koulu tilannekartoituskysely 2016 sivu 1/31. KiVa Koulu tilannekartoituskysely 2016 sivu 2/31. KiVa Koulu tilannekartoituskysely 2016 sivu 3/31

Kokemusasiantuntijan tarina. Kasvamista kokemusasiantuntijaksi

Lisää segmenttipuusta

Navigointia - perusopetus. Antti Ikonen Rehtori Vpj SURE FIRE

Tekijät: Hellevi Kupila, Katja Leinonen, Tuomo Talala, Hanna Tuhkanen, Pekka Vaaraniemi

TILASTOLLINEN LAADUNVALVONTA

Uudistuvan lainsäädännön vaikutukset pähkinän kuoressa ja Lappian organisaatiomuotojen selvitystyön tulokset. Lapin koulutusfoorumi 14.1.

AIKA JA OPPIMINEN ASKO KARJALAINEN 2007 OULUN YLIOPISTO OPPIMISYHTEISÖT AJASSA SEMINAARI KUOPION YLIOPISTOSSA

Yhteiset konseptit ja periaatteet julkishallinnon palvelukehittämisen edistäjinä Kuntien avoin data hyötykäyttöön seminaari 27.1.

Tieto- ja viestintätekniikka. Internetistä toimiva työväline, 1 ov (YV10TV2) (HUOM! Ei datanomeille)

III Kuinka tästä eteenpäin

KERAVAN NAISVOIMISTELIJAT KNV ry:n ASIAKASTYYTYVÄISYYSKYSELYN KOOSTE

Kappale 2. Ympäristöä säästävä teknologia, Putkenpäätekniikat ja Parhaat Käyttökelpoiset Tekniikat (BAT)

Systeemiteoria ennen ja nyt - systeemit muuttuvassa maailmassa

Merkintöjen tekeminen pohjakuvaan Libre Officella v.1.2

Parametristen mallien identifiointiprosessi

Dynaaminen optimointi

Tieteelliset lehdet ja takautuva digitointi. Digitointirahaa onko sitä? -seminaari Jyrki Ilva

Strategia, johtaminen ja KA. Virpi Einola-Pekkinen

Tilayhtälötekniikasta

Harjoitus 6: Simulink - Säätöteoria. Syksy Mat Sovelletun matematiikan tietokonetyöt 1

Matematiikan tukikurssi

Mihin huomio kiinnittyy s, e kasvaa ja vahvistuu

Luomupihvikarjaa alkaen.

Tutkimusdatanhallinnan suunnittelu ja DMPTuuli-työkalu

ALUEELLINEN ENNAKOINTI

P A R T. Professional Assault Response Training Seppo Salminen Auroran koulu. Valtakunnalliset sairaalaopetuksen koulutuspäivät

Suomalaiset Pohjoismaiden köyhimpiä

Markkinointi-investointien vaikutus Suomen kasvuun ja menestykseen

Tarjonta kohtasi viimein kysynnän: kotimaiset e- kurssikirjat nosteessa

Tarjoajalla on oltava hankinnan kohteen laatu ja laajuus huomioon ottaen kokemusta seuraavilla alueilla:

LIITE. asiakirjaan KOMISSION TIEDONANTO

Kuntosaliharjoittelun kesto tunteina Kokonaishyöty Rajahyöty

Kon Simuloinnin Rakentaminen Janne Ojala

Liikenneteorian tehtävä

Suomalaisten yksinäisyys Yleiskatsaus tutkimustuloksiin ja tutkimisen tapoihin

Ohje hakulomakkeen täyttämiseen yliopistohaku.fi -palvelussa

Tervetuloa vastaamaan Turun AMK:n vuoden 2006 opiskelijakyselyyn!

Potku-seminaari Risto Kuronen Phsotey Hankelääkäri

Mokapäivä Leppävaara

Miksi kysyttäisiin sosiaalityön asiakkailta?

Elämänkatsomustieto. Arto Vaahtokari Helsingin yliopiston Viikin normaalikoulu Sari Muhonen

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 7,

Työnantajahaastattelujen satoa. Kirsi Klemelä Turun yliopisto Kasvatustieteiden tiedekunta

Suomen Lions-liitto ry Käyttäjätunnus ja sisäänkirjautuminen MyLCI - Käyttäjäohje Versio

Kulttuurien väliset yhteentörmäykset ja miten ne voidaan välttää

Raportointi hankkeen tulosten kuvaajana ja toteutuksen tukena

MIELENTERVEYSTYÖN OMAISSEMINAARI

Muutoksen neljä huonetta konseptin työkalut tukevat ja nopeuttavat etenemistä muutoksessa. Tulecor Oy

Lastensuojelun edunvalvonnan tarpeen arvioiminen lastensuojeluprosessissa Marjukka Heikkilä

Lääketeollisuuden investoinnit Suomeen

Lausuntopyyntö STM 2015

KotiSun Oy. Asiakastyytyväisyystutkimus KotiSun Oy Asiakastyytyväisyystutkimus KotiSun Oy. KotiSun Asiakastyytyväisyystutkimus Oy

Ilmoittautuminen kansalliseen, SM-, AM- tai avoimeen kilpailuun

VIESTINNÄN TYÖKALUPAKKI AUKI

Empatiaosamäärä. Nimi: ********************************************************************************

Transkriptio:

Systeemiteoria ja malli, tavoitteellisen toiminnan perusta Pentti Lautala HB-seminaari 2013 16/5/2013 1

Systeemit ja mallit eilen Aamulehdessä!

Vähän nostalgiaa 16/5/2013 3

Jatkuu 16/5/2013 4

Jatkuu 16/5/2013 5

Systeemiteoria ja malli, tavoitteellisen toiminnan perusta. Miksi? Konstruktivismin mukaan voimme ajatella ainoastaan käyttämällä kuvia ja näkymiä maailmasta, jotka välttämättä ovat malleja itse maailmasta. Systeemiteoria antaa periaatteessa työkalut mallien käyttöön kaikessa suunnittelussa Tarvitaan vain oikea malli! 16/5/2013 6

Mikä sitten on pääongelma? Systeemiteoriaa on kehitetty varsinaisesti noin 60v, (huom. Automaatioseuran 60v juhlat viikon päästä) mutta oleelliset ongelmat käytännön kannalta ovat ratkaisematta. Paljon on kuitenkin olemassa jo käyttökelpoisia tuloksia! Malli on kuitenkin ratkaiseva linkki käytäntöön. Jos meillä on hyvä malli, on meillä paljon mahdollisuuksia hyödyntää systeemiteoriaa ja sen tuottamia menetelmiä ratkaisujen periaatteellisissa rakenteissa sekä yksityiskohdissa. Malli siis tarvitaan! 16/5/2013 7

Miten systeemin malli keksitään? Mallintaminen on taidetta P Lautala, joskus 1970-luvulla Keksiminen, luominen, taiteen tekeminen Työkaluja, menetelmiä ja konsepteja kyllä löytyy, mutta mikä tekee tuloksesta hyvän? Systeemitekniikassa kaikki riippuu kaikesta. Tähän on löydettävä aina tavoitteen mukainen rakenne. 16/5/2013 8

Prosessien mallit miksi ja millaisia? operatiivisen suunnittelun on aina perustuttava (johonkin) malliin ollakseen rationaalista malli voi olla intuitiivinen kvalitatiivinen lingvistinen matemaattinen. Säädön kannalta hyödyllisessä mallissa tulee olla Vapaat tulomuuttujat (input) Häiriömuuttujat Sidotut lähtömuuttujat Näiden välillä selkeä riippuvuussuhde (kausaalinen) 16/5/2013 9

Dynaaminen järjestelmä S. Systeemiteoreettinen malli. HÄIRIÖT TULO- SUUREET LÄHTÖ- SUUREET TILA- MUUTTUJAT S kausaalinen vaikutus tulo- ja lähtösuureiden välillä tieto historiasta tilamuuttujissa 16/5/2013 10

Triviaali säätöidea Mitatut (arvatut) häiriöt HÄIRIÖT Tavoite- Arvot Lasketut TULOohjaukset SUUREET LÄHTÖ- SUUREET Inverssimalli TILA- MUUTTUJAT S Ei valitettavasti toimi juuri koskaan!!! Inverssiä ei löydy tästä maailmasta! Ajatus sinänsä on mielenkiintoinen lähtökohta! 16/5/2013 11

Mallinnuksen (matemaattisen) kaksi lähestymistapaa: Luonnonlakeihin perustuva Tuottaa periaatteessa globaaleja malleja Hyödyntää olemassa olevaa suurta tietokantaa Tuottaa rakenteellisia malleja (läpinäkyviä) Ovat vaikeita konstruoida Puuttuvan tiedon ongelma Mittaustietoon perustuva Hyödyntää helposti saatavaa mittausdataa Käytössä on vahvasti tietokonetuettu kehitysympäristö (moderni tapa) Ei vaadi syvällistä ymmärrystä mallinnettavasta kohteesta Tuottaa helppo- ja monikäyttöisiä malleja Tuottaa usein lokaaleja malleja Kuvaa vain sovitettua mittausdataa, datan hyvyys ratkaiseva Mallin validointi on aina tärkeää!!! 16/5/2013 12

Mallituksen eräs päälähtökohta: mallin on vastattava käyttötarkoitustaan! Hyödyllisen mallin kehitys edellyttää: prosessin tuntemusta tavoitteiden tuntemusta menetelmien tuntemusta "insinööriotetta" so suhteellisuuden tajua säätöteorian riittävää hallintaa Malli on aina vajavainen, yksipuolinen kuvaus kohdejärjestelmästä - yleensä sen täytyy olla sitä ollakseen käyttökelpoinen! 16/5/2013 13

Dynaamisen mallin määrääminen prosessimittauksista Periaatteessa ongelma on hyvin yksinkertainen: Malli valitaan siten, että se selittää prosessista saadut mittaukset mahdollisimman hyvin. Kysymys on siis sopivan kuvauksen etsimistä ja sovittamista tehtyihin mittauksiin. Käytännössä on olemassa kolme pääongelmaa: Mittausdatan edustavuus, mallin rakenteelliset seikat ja hyvyysmitta. 16/5/2013 14

Dynaamisen mallin määrääminen prosessimittauksista Ellei mittausdata ole edustavaa ja tasapainoista, ei millään menetelmällä voida ilman muuta tietoa kohdejärjestelmästä saada järjestelmälle hyvää mallia. Ellei datassa ole jotain informaatiota, ei mikään menetelmä voi sitä luoda tyhjästä. Toisaalta jonkin tietyn informaation puuttuminenkaan ei ole datasta havaittavissa, ellei sitä osata etsiä. 16/5/2013 15

Parametriset ja parametrittömät mallit. Parametrisissa parametrien lukumäärä on ainoastaan valittava ja parametrittömissa mallin kuvaustarkkuus. Näyttää helpolta! Ongelmana hyvyysmitta, jolla tulos tuotetaan. Ääripään tapaukset: Kun mallinnettava kohde käyttäytyy aina selkeästi ja loogisesti ja siitä saadaan hyviä mittauksia. Tällöin kaikki menetelmät asiantuntevasti käytettynä antavat samankaltaisia tuloksia. Muulloin malli on enemmän tai vähemmän mallintajan silmässä. Hän voi hyödyntää mallinnustyökaluja, mutta ilman asiantuntijan ohjausta tulos on sattumanvarainen. 16/5/2013 16

Askelvastesovitus Yleisohjeena on, että valitaan yksinkertaisin mahdollinen rakenne, jolla voidaan selittää kohteen karakteristisimmat ominaisuudet. Jos mallin tarkkuus ei selvästi sovelluksessa riitä, monimutkaistetaan mallia, mutta on tiedettävä miksi. Yleensä teolliset yksikköprosessit ovat aperioidisia, joten perusmalliksi on suositeltu yhden aikavakion ja viiveen mallia. sτ Ke G( s) = st + 1 Sovitusvaiheessa malli saattaa näyttää jopa tökerön huonolta sovitukselta, mutta on osoittautunut, että esim säädön suunnittelussa ko malli antaa varsin hyviä tuloksia ja itse säädön suunnittelu tätä mallia käyttäen on hyvin suoraviivaista. Myös MIMO luonnistuu! 16/5/2013 17

Monimuuttujamallin määrääminen TULO- SUUREET HÄIRIÖT LÄHTÖ- SUUREET Tuloksena mallimatriisi Pätee vain tutkitussa toimintapisteessä 16/5/2013 18

Suljetun silmukan ongelma TULO- SUUREET HÄIRIÖT LÄHTÖ- SUUREET Tulomuuttujat eivät ole vapaita Silmukassa paras malli on säätimen inverssi Säädön toiminta vaikuttaa kaikkiin lähtöihin 16/5/2013 19

Miksi mallin tekoa ei automatisoida? Kaikkea on vuosien varrella yritetty Matlab: System identification toolbox Lukematon määrä erilaisia ohjelmistopaketteja ongelman ratkaisuun Erikoistapauksiin aika toimivia ratkaisuja Elektroniikkasovelluksiin Mekaniikkasovelluksiin Mikä ongelma on yleistyökalun kehittämisessä? Tietotekniikan riittämättömyys? Tiedon keräämisen ongelma (saanti, hyvyys)? Jokin muu? 16/5/2013 20

Mallinnusapuneuvojen kehityskulku Pienoismallit Analogiakoneet Hybridikoneet Yleiskäyttöiset ohjelmistot (FORTRAN ) Aliohjelmakirjastot (IMSL, NAQ ) Scriptipohjaiset ohjelmointikielet (Simnon ) Lohkodiagrammimallit (SIMULINK ) Objektimallit (Dymola, APROS ) Komponenttimallit?? Onko jokin standardi tulossa? 16.5.2013

Lohko-ohjelmoitavat simulaattorit (signaalikaaviot) Käytettävyyttä lisää, ohjelmien tarjonta moninkertaistui 16.5.2013

Lohko-ohjelmoitavat simulaattorit (signaalikaaviot): Perusominaisuudet Käyttöliittymä tukee erittäin hyvin säätötekniikassa ja säätöteoriassa käytettyä järjestelmien esitystapaa Lohkosimulaattorit soveltuvat kohtuullisen hyvin ohjaus- ja säätöjärjestelmien suunnitteluun ja niiden simulointiin Soveltuu periaatteessa myös informaatiojärjestelmän simulointiin Yleisesti matemaattisen tehtävän ratkaisemiseen! Ei ole luontevin tapa kuvata fysikaalisia ilmiöitä! 16.5.2013

Objektipohjaiset simulaattorit Objektit voivat olla primäärisesti myös fysikaalisia elementtejä Lohkosimulaattoreissa kirjastot matemaattisia, parhaissa geneerisiä periytymisineen. Todelliset komponenttikirjastot vasta objektisimulaattoreissa mahdollisia Kehittämisessä suuria vaikeuksia. Osasta on selvitty kahdenkymmenen vuoden aikana algoritmikehityksellä ja prosessointitehon rajulla kasvulla Ongelma mallintaminen on taidetta on vielä monen kohdealueen osalta ratkaisematta 16.5.2013

Objektipohjaiset simulaattorit DYMOLA, 1. versio yli 20 vuotta vanha! 16.5.2013

Objektipohjaiset simulaattorit APROS, kotimainen, ikää silläkin! 16.5.2013

16.5.2013 Four Conceptual Levels of Modelling

Yhteenveto Ajattelu perustuu malleihin, joten suunnittelu edellyttää malleja. Tavoitteet on mahdollista määritellä ja ratkaista mallimaailmassa. Ratkaisevaa on mallimaailman ja todellisen eroavuudet. Niitä on aina! 16/5/2013 28