Моделирование киберфизических систем

Откройте модель

Киберфизические системы объединяют компьютерные и физические системы для достижения целей проекта. Симуляция киберфизических систем требует комбинации методов моделирования, таких как непрерывное, дискретное время, дискретное событие и конечное состояние моделирования. Simulink ® и его близкие продукты обеспечивают функциональность для применения широкой области значений методов моделирования и плавной интеграции их в одну среду симуляции, которая идеально подходит для моделирования киберфизических систем.

Этот пример показывает, как методы моделирования в непрерывном времени, дискретном событии и конечном состоянии объединяются, чтобы симулировать поведение системы конвейерной ленты с переменной скоростью. В SimEvents ® сущности являются дискретными элементами, представляющими интерес в дискретно-событийной симуляции. Поскольку пассажиры являются дискретными индивидуумами, они моделируются сущностями SimEvents ®, созданными блоком Entity Generator. Диаграмма Stateflow ® моделирует рабочие режимы и динамику двигателя конвейерной ленты с переменной скоростью. Наконец, блок Entity Transport Delay моделирует пропускную способность пассажира как функцию динамики конвейерной ленты, обеспечивая мост между областями дискретных событий и непрерывного времени.

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

Структура модели

Модель включает следующие ключевые компоненты:

  • Пассажиры - Моделирует прибытие пассажиров как пуассоновский процесс. Выходы представляют собой последовательность сущностей SimEvents ®, соответствующих пассажирам, которые ступают на конвейерную ленту. Распределение времени между прибытиями $\Delta t$() пуассоновского процесса, $P(\Delta t) = \lambda e^{-\lambda \Delta t}$где$\lambda$ является частотой прибытия.$\lambda$ моделируется действием MATLAB в блоке Entity Generator для часа пик, нормального часа и свободного часа. Тариф прибытия пассажиров изменяется со временем следующим образом:

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

  • Задержка транспортировки сущности - удерживает пассажиров на конвейерной ленте до прибытия на другой терминал, основываясь на временной задержке, рассчитанной диаграммой Stateflow.

  • Динамика конвейерной ленты - Моделирует операцию конвейерной ленты переменной скорости. Для получения дополнительной информации см. раздел «Динамика конвейерной ленты».

  • Инструментальная панель - Показывает рабочее состояние конвейерной ленты. Цвет Mode Лампа указывает режим конвейерной ленты.

Динамика конвейерной ленты

Диаграмма Stateflow ® моделирует динамику конвейерной ленты переменной скорости. Обратите внимание на графике, что скорость и степень ремня построены относительно логарифмической шкалы груза. Конвейерная лента имеет следующие режимы:

  • Малый газ - вес нагрузки невелик. Ремень поддерживает низкую скорость, чтобы сэкономить энергию. The Mode В этом режиме лампа имеет серый цвет.

  • OnDemand - Это нормальный режим работы, который поддерживает оптимальную скорость для комфорта и пропускной способности пассажиров. Пропорционально степени возрастет с весом нагрузки. The Mode Лампа зеленая в этом режиме.

  • Max - Режим максимальной степени. Вес нагрузки слишком велик для конвейерной ленты, чтобы поддерживать оптимальную скорость. Конвейерная лента работает с максимально возможной скоростью, которая не превышает максимальной степени. The Mode Лампа красная в этом режиме.

Результаты

Область возможностей и блоки в DashBoard показывают результаты симуляции.

Результаты симуляции: 1. Количество пассажиров от времени симуляции. 2. Скорость (синяя) и степень (красная) в зависимости от времени симуляции.

Три рабочих цикла наблюдаются за промежуток времени 900. Каждый цикл имеет период 300, который совпадает с периодом скорости прибытия. Верхний график показывает количество пассажиров на конвейерной ленте с течением времени, а нижний график показывает скорость и степень конвейерной ленты. Скорость и степень нормированы 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 степенью со скоростью, которая обратно пропорциональна количеству пассажиров. В последней трети каждого периода аэропорт находится в обычном часе, за которым следует свободный час. Поэтому количество пассажиров на конвейерной ленте на некоторое время падает и даже становится нулем.

Конвейерная лента затем работает в режимах OnDemand и Idle соответственно. В режиме OnDemand скорость блокируется до значения по умолчанию, и степень пропорциональна количеству пассажиров. В режиме ожидания и скорость, и степень поддерживаются на низких значениях, чтобы уменьшить потребление энергии. В целом конвейерная лента работает в соответствии с нагрузкой аэропорта.

Документация Simulink

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте