Exponenta Banner
exponenta event banner

Моделирование киберфизических систем

Открыть модель

Киберфизические системы объединяют компьютерные и физические системы для достижения целей проектирования. Моделирование киберфизических систем требует комбинации моделирования методов, таких как непрерывно-разовое, дискретное время, дискретное событие и моделирование конечного состояния. Simulink ® и сопутствующие продукты предоставляют функциональные возможности для применения широкого спектра методов моделирования и их прозрачной интеграции в одну среду моделирования, которая идеально подходит для моделирования киберфизических систем.

В этом примере показано, как методы моделирования непрерывного времени, дискретного события и конечного состояния сочетаются для моделирования поведения конвейерной ленточной системы с переменной скоростью. В SimEvents ® объекты являются дискретными элементами, представляющими интерес при моделировании дискретных событий. Поскольку пассажиры являются отдельными лицами, они моделируются объектами SimEvents ®, созданными блоком Entity Generator. Диаграмма Stateflow ® моделирует режимы работы и динамику двигателя конвейерной ленты с переменной скоростью. Наконец, блок задержки транспортировки объекта моделирует пропускную способность пассажиров как функцию динамики конвейерной ленты, обеспечивая мостик между областями дискретного события и непрерывного времени.

Примечание.В примере используются блоки из SimEvents ® и Stateflow ®. Если у вас нет лицензии SimEvents или Stateflow, можно открыть и смоделировать модель, но вносить только основные изменения, такие как изменение параметров блока.

Структура модели

Модель включает в себя следующие ключевые компоненты:

  • Пассажиры - моделирует прибытие пассажиров как процесс Пуассона. Выходные данные представляют собой последовательность объектов SimEvents ®, соответствующих пассажирам, которые наступают на конвейерную ленту. Распределение времени между поступлениями $\Delta t$() процесса Пуассона является$P(\Delta t) = \lambda e^{-\lambda \Delta t}$, где$\lambda$ - скорость поступления.$\lambda$ моделируется действием MATLAB в блоке генератора объектов для часа пик, обычного часа и свободного часа. Скорость прибытия пассажиров изменяется со временем как:

$$
\lambda(t) = \left\{
\begin{array}{lll}
& 2, \hspace{1em} mod(t, 300) \subset [0, 180), \hspace{1em}
\textrm{rush hour} \\
& 0.5, \hspace{1em} mod(t, 300) \subset [180, 240), \hspace{1em}
\textrm{normal hour} \\
& 0.1, \hspace{1em} mod(t, 300) \subset [240, 300), \hspace{1em}
\textrm{free hour}
\end{array}
\right.
$$

  • Задержка транспортировки объекта - удерживает пассажиров на конвейерной ленте, пока они не прибудут на другой терминал, на основе временной задержки, рассчитанной по графику Stateflow.

  • Динамика конвейерной ленты - моделирует работу конвейерной ленты переменной скорости. Дополнительные сведения см. в разделе Динамика конвейерной ленты.

  • Приборная панель (Dashboard) - показывает состояние конвейерной ленты во время выполнения. Цвет Mode Лампа указывает режим конвейерной ленты.

Динамика конвейерной ленты

Диаграмма Stateflow ® моделирует динамику конвейерной ленты с переменной скоростью. Заметим на диаграмме, что скорость и мощность ремня нанесены на график по логарифмической шкале веса груза. Конвейерная лента имеет следующие режимы:

  • Холостой ход - вес груза невелик. Ремень поддерживает низкую скорость для экономии энергии. Mode В этом режиме лампа серая.

  • OnDemand - это нормальный режим работы, поддерживающий оптимальную скорость для комфорта и пропускной способности пассажиров. Мощность будет пропорционально возрастать с весом нагрузки. Mode В этом режиме лампа зеленая.

  • Max - режим максимальной мощности. Вес груза слишком велик для конвейерной ленты, чтобы поддерживать оптимальную скорость. Конвейерная лента работает с максимально возможной скоростью, которая не превышает максимальную мощность. Mode В этом режиме лампа имеет красный цвет.

Результаты

В области и блоках DashBoard отображаются результаты моделирования.

Результаты моделирования: 1. Количество пассажиров в зависимости от времени моделирования. 2. Скорость (синий) и мощность (красный) в зависимости от времени моделирования.

Три рабочих цикла наблюдаются в пределах промежутка времени 900. Каждый цикл имеет период 300, который совпадает с периодом скорости поступления. Верхний график показывает количество пассажиров на конвейерной ленте во времени, а нижний график показывает скорость и мощность конвейерной ленты. Скорость и мощность нормализуются для лучшей визуализации.

Первые две трети каждого периода соответствуют часу пик, а количество пассажиров на конвейерной ленте резко увеличивается. Следовательно, конвейерная лента быстро входит в режим Max, который характеризуется максимальной выходной мощностью со скоростью, обратно пропорциональной количеству пассажиров. В последней трети каждого периода аэропорт находится в нормальном часе, за которым следует свободный час. Поэтому количество пассажиров на конвейерной ленте падает и даже становится на некоторое время нулевым.

Конвейерная лента затем работает в режимах OnDemand и Idle соответственно. В режиме OnDemand скорость блокируется до значения по умолчанию, а мощность пропорциональна количеству пассажиров. В режиме холостого хода скорость и мощность поддерживаются на низких значениях для снижения энергопотребления. В целом конвейерная лента работает в соответствии с нагрузкой аэропорта.

Документация Simulink

Поддержка