專利名稱：一種基于消息驅動的混合系統(tǒng)仿真方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機仿真技術領域，具體為一種基于消息驅動的混合系統(tǒng)仿真方法。
背景技術：
混合系統(tǒng)是一類包含連續(xù)變量系統(tǒng)和離散事件系統(tǒng)的復雜動態(tài)系統(tǒng)，其特點是既隨時間連續(xù)變化，又受離散突發(fā)事件的驅動。目前針對混合系統(tǒng)的仿真方法主要為混合自動機方法。它將描述連續(xù)動態(tài)行為的微分方程嵌入到傳統(tǒng)的離散狀態(tài)機模型中，從而使自動機模型兼具描述連續(xù)行為的能力。 在混合自動機中，狀態(tài)看作是在一組微分方程控制下，一組連續(xù)變量的連續(xù)變化過程，而將狀態(tài)的轉移看作是事件的驅動。雖然混合自動機法能夠完成的混合系統(tǒng)仿真，但是當事件間存在依賴關系、因果關系，或事件是偶然發(fā)生的，不能事先確定時，混合自動機法就無法進行預期的狀態(tài)轉移，因而也無法達到預期的仿真目地。

發(fā)明內容
要解決的技術問題為解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提出一種基于消息驅動的混合系統(tǒng)仿真方法。技術方案本發(fā)明提出的仿真方法將仿真模型連續(xù)狀態(tài)的變化和離散狀態(tài)的轉移均以消息形式描述，仿真時，構建兩層消息隊列，兩層消息隊列分別為消息容器層和消息注入層，消息容器層定義了離散事件消息以及離散事件消息的邏輯關系等，其中離散事件消息包括隨機消息，消息注入層為在當前狀態(tài)點需要發(fā)送的消息，消息注入層根據(jù)連續(xù)狀態(tài)消息及消息容器層內消息的邏輯關系確定。本以消息驅動方式推進仿真運行，實現(xiàn)復雜混合系統(tǒng)的仿真，構建的兩層消息隊列既能夠描述連續(xù)和離散狀態(tài)，也能夠描述各狀態(tài)間復雜的邏輯關系，從而實現(xiàn)現(xiàn)有混合自動機方法所不能夠完成的復雜邏輯的混合系統(tǒng)仿真。本發(fā)明的技術方案為所述一種基于消息驅動的混合系統(tǒng)仿真方法，其特征在于包括以下步驟步驟I :建立仿真模型，在仿真模型中定義模型的連續(xù)狀態(tài)行為，并定義連續(xù)狀態(tài)行為所對應的連續(xù)狀態(tài)變化消息；連續(xù)狀態(tài)變化消息由狀態(tài)初始化消息、狀態(tài)遷移消息和 狀態(tài)輸出消息組成；步驟2:在仿真模型中定義離散事件行為，建立消息容器，將離散事件行為所對應的離散事件消息添加進消息容器中，并在消息容器中設定離散事件消息的邏輯關系和參數(shù)；其中離散事件消息由唯一的序列號、消息說明和消息參數(shù)組成；步驟3 向仿真模型發(fā)送狀態(tài)初始化消息進行仿真初始化；步驟4:以連續(xù)狀態(tài)推進，每個仿真步向仿真模型發(fā)送狀態(tài)遷移消息和狀態(tài)輸出消息，之后檢索消息容器，依據(jù)離散事件消息的發(fā)送時間和邏輯關系將符合條件的離散事件消息添加到消息注入隊列中，并依次發(fā)送完畢，直至仿真結束。有益效果本發(fā)明將連續(xù)狀態(tài)的變化和離散狀態(tài)的轉移均以消息形式描述，仿真時，構建兩層消息隊列，以連續(xù)狀態(tài)時間為主線，以消息驅動為主要方式進行連續(xù)和離散狀態(tài)的遷移，推進仿真運行。相比于現(xiàn)有的混合自動機方法，本發(fā)明可以完成混合系統(tǒng)的仿真，混合系統(tǒng)中連續(xù)和離散狀態(tài)建模方法統(tǒng)一，降低混合系統(tǒng)建模仿真難度與復雜度；并且本發(fā)明具有復雜邏輯關系的混合系統(tǒng)行為描述能力，能夠實現(xiàn)事件間存在依賴關系、因果關系，或事件是偶然發(fā)生的等復雜混合系統(tǒng)建模仿真，為該類系統(tǒng)的建模仿真提供了新的途徑。


圖I :實施例I的消息驅動示意具體實施例方式實施例I :參照附圖I，本實施例中，步驟I :建立仿真模型，包括仿真子模型I 仿真子模型η ;在仿真模型中定義模型的連續(xù)狀態(tài)行為，并定義連續(xù)狀態(tài)行為所對應的連續(xù)狀態(tài)變化消息；連續(xù)狀態(tài)變化消息由狀態(tài)初始化消息、狀態(tài)遷移消息和狀態(tài)輸出消息組成；步驟2:在仿真模型中定義離散事件行為，建立消息容器，將離散事件行為所對應的離散事件消息添加進消息容器中，并在消息容器中設定離散事件消息的邏輯關系和參數(shù)；離散事件消息由唯一的序列號、消息說明和消息參數(shù)組成，消息說明和消息參數(shù)中包含離散事件消息的發(fā)送時間和邏輯關系；本實施例中，離散事件消息包括MSGl MSGn ；步驟3 向仿真模型發(fā)送狀態(tài)初始化消息進行仿真初始化；步驟4:以連續(xù)狀態(tài)推進，每個仿真步向仿真模型發(fā)送狀態(tài)遷移消息和狀態(tài)輸出消息，之后檢索消息容器，依據(jù)離散事件消息的發(fā)送時間和邏輯關系將符合條件的離散事件消息添加到消息注入隊列中，并依次發(fā)送完畢，直至仿真結束。本實施例中，T0、T1.....Tf為按一定步長推進的仿真時間點，其中TO為仿真開始
時間，Tf為仿真結束時間。狀態(tài)初始化消息在TO前發(fā)送，狀態(tài)遷移消息和狀態(tài)輸出消息在每個仿真時間點均發(fā)送，進行連續(xù)狀態(tài)的計算。本實施例中，在Τ2時刻，通過事件掃描法從消息容器中檢索出有兩個離散事件MSG2和MSG4需要該時刻發(fā)出，將這兩個離散事件消息加入到消息注入隊列中，在Τ2時刻分別發(fā)給相應的仿真子模型，仿真模型進行離散事件的仿真。本實施例以連續(xù)狀態(tài)的時間為主線，以消息驅動為主要方式，不僅在每個仿真時間點上進行連續(xù)狀態(tài)的遷移，還從消息隊列中發(fā)送離散狀態(tài)消息，進行離散狀態(tài)的遷移，如此完成混合系統(tǒng)的仿真。消息注入隊列是根據(jù)消息邏輯關系從消息容器中得到的，可以設置復雜的消息邏輯關系。實施例2 本實施例為對運載火箭主動段飛行過程的仿真，運載火箭主動段飛行過程非常復雜，不僅有位置、姿態(tài)等的動力學、運動學參數(shù)連續(xù)變化，還具有復雜的時序動作，這些時序動作都是離散的事件，因而是一個典型的復雜混合系統(tǒng)。一個簡單的運載火箭飛行時序120s時拋整流罩，助推發(fā)動機燃料耗盡時發(fā)動機關機，發(fā)動機關機2s后助推器分離，助推器分離2s后二級發(fā)動機啟動，在10s-50s期間隨機出現(xiàn)陣風干擾。對于該時序不難發(fā)現(xiàn)拋整流罩離散事件在絕對時間點上發(fā)生，助推發(fā)動機關機事件要依據(jù)燃料計算，而助推器分離事件則依賴于助推發(fā)動機關機事件，二級發(fā)動機啟動事件又依賴于助推發(fā)動機關機事件，陣風干擾事件是一個隨機發(fā)生的事件。那么采用本發(fā)明方法進行仿真的步驟為步驟I :建立運載火箭主動段仿真模型，在仿真模型中定義模型的連續(xù)狀態(tài)行為，如模型在力的作用下動力學、運動學參數(shù)的連續(xù)變化等；并定義連續(xù)狀態(tài)行為所對應的連續(xù)狀態(tài)變化消息；連續(xù)狀態(tài)變化消息由狀態(tài)初始化消息、狀態(tài)遷移消息和狀態(tài)輸出消息組成。步驟2 :在仿真模型中定義離散事件行為，如拋整流罩事件發(fā)生時，火箭結構質量減去整流罩質量；在連續(xù)狀態(tài)行為中，計算燃料剩余量，當燃料剩余量為O時，觸發(fā)助推發(fā)動機關機事件，在發(fā)動機關機事件中，將發(fā)動機推力置O ;陣風干擾事件使得速度產生一個附加增量。建立消息容器，將離散事件行為所對應的離散事件消息添加進消息容器中，并在消息容器中設定離散事件消息的邏輯關系和參數(shù)；離散事件消息由唯一的序列號、消息說明和消息參數(shù)組成；本實施例中，離散事件消息包括拋整流罩消息、發(fā)動機關機消息、助推器分離消息、二級啟動消息、陣風干擾消息。步驟3 :仿真開始時，向模型發(fā)送狀態(tài)初始化消息進行仿真初始化；步驟4 :仿真運行過程中，以連續(xù)狀態(tài)推進，每個仿真步向仿真模型發(fā)送狀態(tài)遷移消息和狀態(tài)輸出消息，之后檢索消息容器，依據(jù)離散事件消息的發(fā)送時間和邏輯關系將符合條件的離散事件消息添加到消息注入隊列中，并依次發(fā)送完畢，如此直至仿真結束。如陣風干擾消息隨機在31s發(fā)出；在120s時，拋整流罩消息符合發(fā)送條件，則在120s時將該消 息添加到注入隊列中，并向模型發(fā)送；在140s時，在連續(xù)狀態(tài)計算中發(fā)動機燃料耗盡，向消息隊列中注入發(fā)動機關機消息，此時從消息隊列中發(fā)出發(fā)動機關機消息。之后2s，發(fā)出助推器分離消息。
權利要求
1.一種基于消息驅動的混合系統(tǒng)仿真方法，其特征在于包括以下步驟 步驟I:建立仿真模型，在仿真模型中定義模型的連續(xù)狀態(tài)行為，并定義連續(xù)狀態(tài)行為所對應的連續(xù)狀態(tài)變化消息；連續(xù)狀態(tài)變化消息由狀態(tài)初始化消息、狀態(tài)遷移消息和狀態(tài)輸出消息組成； 步驟2 :在仿真模型中定義離散事件行為，建立消息容器，將離散事件行為所對應的離散事件消息添加進消息容器中，并在消息容器中設定離散事件消息的邏輯關系和參數(shù)；其中離散事件消息由唯一的序列號、消息說明和消息參數(shù)組成； 步驟3 :向仿真模型發(fā)送狀態(tài)初始化消息進行仿真初始化； 步驟4:以連續(xù)狀態(tài)推進，每個仿真步向仿真模型發(fā)送狀態(tài)遷移消息和狀態(tài)輸出消息，之后檢索消息容器，依據(jù)離散事件消息的發(fā)送時間和邏輯關系將符合條件的離散事件消息添加到消息注入隊列中，并依次發(fā)送完畢，直至仿真結束。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于消息驅動的混合系統(tǒng)仿真方法，將仿真模型連續(xù)狀態(tài)的變化和離散狀態(tài)的轉移均以消息形式描述，仿真時，構建兩層消息隊列，兩層消息隊列分別為消息容器層和消息注入層，消息容器層定義了離散事件消息以及離散事件消息的邏輯關系等，其中離散事件消息包括隨機消息，消息注入層為在當前狀態(tài)點需要發(fā)送的消息，消息注入層根據(jù)連續(xù)狀態(tài)消息及消息容器層內消息的邏輯關系確定。本以消息驅動方式推進仿真運行，實現(xiàn)復雜混合系統(tǒng)的仿真，構建的兩層消息隊列既能夠描述連續(xù)和離散狀態(tài)，也能夠描述各狀態(tài)間復雜的邏輯關系，從而實現(xiàn)現(xiàn)有混合自動機方法所不能夠完成的復雜邏輯的混合系統(tǒng)仿真。
文檔編號G05B17/02GK102662329SQ20121007102
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月18日 優(yōu)先權日2012年3月18日
發(fā)明者閆曉東 申請人:西北工業(yè)大學