Автоматизация проектирования систем и средств управления

Лекция 1. (21.09.2013)

Пакет событийного моделирования систем и устройств Stateflow.

Пакет основан на теории конечных автоматов и позволяет представить функционирование системы на основе цепочки правил: «если произошло данное событие, то будет то-то и то-то». Пакет предназначен для анализа, моделирования и проектирования таких систем, как:

• д етерминированные системы управления (у которых параметры не изменяются во времени);

• д испетчерские службы различных транспортных средств;

• п ериферийные устройства и контроллеры для компьютера;

• элементы человеко-машинного интерфейса.

Основной библиотечный компонент пакета: блок Chart. Компонент Chart служит для вставки в Simulink модели блоков вызова SF-диаграмм, причем изначально пустых.

SF-диаграмма – это диаграмма, создаваемая средствами графического интерфейса пакета расширения Stateflow. Она служит для визуального представления работы модулируемых систем.

Основные объекты sf-диаграмм.

• S tate (состояние). Активность или пассивность состояния динамически изменяется и зависит от происходящих событий. Каждое состояние имеет состояние родителя и может иметь дочерние состояния (состояния более низкого уровня);

• H

  Н

  istoryjunction (признак состояние с памятью). Выглядит как красная окружность с буквой «Н» внутри. Обеспечивает определение будущего перехода в другое состояние на основе информации о прошлом системы;

• Transition (переход). Они отображают переходы от одного объекта к другому и представляются обычно красными стрелками. Переходы имеют метки, которые описывают обстоятельства или условия, при которых происходит переход из одного места диаграммы в другое;

• Connectivejunction (признаки альтернативы). Служит для указания альтернативных путей перехода систем из одного состояния в другое.

Пример электронного выключателя.

М одель электрического выключателя, которая включается под действием одних импульсов, а выключается под воздействием других. При этом на выходе, в зависимость от состояния может быть либо 1, либо -1.

S

Power_off

Data=-1

Switch2

F-диаграмма:

Power_on

Data=1

Switch1

Для этой схемы устанавливается таблица переключений.

Неграфические объекты sf-диаграмм.

• Event (событие). Возникновение события меняет статус связанных с ним состояний и может запустить заданное действие или переход. Событие имеет свойства, главным из которых является область видимости события. События классифицируемые по области видимости могут быть следующих типов:

  • Локальные – видимые только в пределах данной SF-диаграммы;

  • Входные – передаваемые в SF-диаграмму из Simulink модели;

  • Выходные – передаваемые из SF-диаграммы в Simulink модели;

  • Экспортируемые – передаваемые из SF или Simulink во внешнюю программу;

  • Импортируемые – получаемые из внешних программ.

• Action (процедура). Процедура может быть представлена одной из моделей конечных автоматов:

  • Моделью Мура, связывающую процедуру с состоянием;

  • Моделью Мили, связывающую процедуры с переходами.

Процедура может быть задана как вызов функции, задания определенного события или перехода и т.д.

• Data (данные). Представляют в SF-модели числовые значения. По области видимости они могут быть следующих типов: локальные; входные; выходные; промежуточные; экспортируемые (из SF в Simulink модель); импортируемые (получаемые из внешних программ).

Описание объектов

П ри создании состояния в левом верхнем углу его графического образа появляется знак вопроса. На его место вводится описание состояния, общая структура которого следующая:

Name/

Entry:

During:

Exit:

On event_name:

Лекция 2 (5.10.2013)

• Duringили du – действие, которое выполняется как часть процедуры пребывания в некотором состоянии;

• Entryили en – действие, которое выполняется как часть процедуры входа состояния;

• Exit или ex – действие, которое выполняется как часть процедуры выхода из состояния;

• Oneventname – процедура, задающая выполнение каких-либо действий при возникновении события.

FUZZYLOGIC (нежесткая логика)

Фаззи-логика появилась в 60-е годы. Основоположник – американский профессор электротехники Л.Зоде.

Классическая логика с двумя качественными или количественными уровнями не позволяет описать многообразие и многоцветность мира. Этот пробел восполняет фаззи-логика, использующая многоуровневое представление физических величин и утверждений.

Физическая величина или утверждение	Уровни в классической логике	Уровни в фаззи-логике
Световой фон	Черный – белый	Черный – св.серый – т.серый – черный
Тепловой режим	Холодный – жаркий	Холодный – прохладный – теплый – жаркий
Утверждение какого-либо факта	Да – нет	Да – скорее да, чем нет – ни да, ни нет – скорее нет, чем да - да

Фундаментальным понятием в фаззи-логике является фаззи-множество (ФМ). В математической логике есть общее понятие множества, как совокупности объектов, каждый из которых должен обладать или не обладать определенным свойством. Это множество характеризуется только одним показателем, все его объекты равноценны относительно определяющего его свойства. В (ФМ) множество характеризуется двумя показателями:

1. Фактом принадлежности объектов к множеству

2. Степенью их принадлежности к данному множеству

Словесное (лингвистическое) выражение физической переменной считается логической переменной в фаззи-логике. Свойством, объединяющим значение физической переменной в (ФМ), является выделенная некоторая качественная оценка в лингвистической форме для логической переменной.

Например, NS – отрицательное малое, S – нулевая, PM – положительная средняя, PB – положительная большая и т.д.

Д

1

анные качественные оценки (ФМ) называются термами. Степень принадлежности значений физической переменной x к (ФМ), к данному терму, определяется так называемой функцией принадлежности (ФП) и обозначается как µ(x). Значение (ФП) изменяются от 0 до 1. На интервале от x=A, где µ(x)=0 до x=Bµ(x)=0. В точке x=Cµ(x)=1.

а1

с1

b1

В качестве примера рассмотрим температуру в помещении, которая представлена термами:

µ(x)

1

а₂₁

c₁₁

c₂₁

c₃₁

b₂₁

b₁₁

X=T, °C

а₁₁

а₃₁

b₃₁

ξ

Физическая переменная на заданном интервале x с изменениями от x_minдо x_maxхарактеризуется рядом (ФМ) {A₁, A₂, A₃} с функциями принадлежности µ₁(x), µ₂(x), µ₃(x)с центрами с₁, с₂, с₃, в которых µ(х)=1. Сама суть фаззи-логики в ее нежесткости и приближенности, обуславливает наличие участков перекрытия термов [a_i+1, b_i], где нарушается однозначность принадлежности значения х только одному терму. Значение х=с_iозначает бесспорную принадлежность соответствующему терму. ЕСЛИ (ФП) для температуры помещения составленной экспертом медиком, то температура Т=20°С как наиболее комфортная для самочувствия человека будет принята за среднее. Т=10°С за бесспорно низкую, когда требуется включение обогревателя. Т=30°С за бесспорно высокую, когда требуется включение кондиционера. При Т=ξ возникает проблема – которое из двух значение (ФП) принять: PS или PM. Данная проблема решается компромиссно на основе принципа совмещения множество в форме трех операций:

1. Усреднение или конъюнкция

2. Объединение или дизъюнкция

3. Инверсия или дополнение

Операции и взаимосвязаны:

Поясним выполнение этих операций рисунком.

Лекция 4 (19.10.2013)

Штриховая линия – конъюнкция двух ФП ( )

Сплошная линия – дизъюнкция двух ФП )

Операция усреднения и объединения двух разных переменных x₁ и х₂ выполняется в каждый фиксированный момент времени t_i. Приведенные выше операции позволяют принять одно определенное значение функции принадлежности в зоне взаимного перекрытия фаззи-множеств.