[发明专利]基于HSTPN模型的混杂系统建模仿真平台及仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于HSTPN模型的混杂系统建模仿真平台及仿真方法，包括人机交互模块、逻辑表示模块、仿真分析模块、文件存储模块和等效规则库。所述平台可对同时具有离散、连续、时延、随机和决策5类混杂特性的混杂系统进行建模仿真，并将上述混杂特性仅定义于5类库所中，可降低建模复杂度，保证变迁的瞬间性原理，并提高建模的可扩展性；所述HSTPN模型的一个混杂状态用库所标识和连续状态共同描述；所述平台通过建立混杂Petri网及其衍生模型的等效规则，提供与HSTPN模型的等效功能。本发明的平台及仿真方法可应用于信息物理融合系统、柔性制造系统、物流系统以及国防工业等混杂系统的建模和仿真。

技术领域

本发明涉及系统建模仿真平台及仿真方法，特别涉及具有离散、连续、时延、随机和决策5种特性的混杂系统的建模仿真平台及仿真方法。

背景技术

混杂系统是指离散事件动态系统(Discrete Event Dynamic Systems,DEDS)和连续变量动态系统(Continuous Variable Dynamic Systems,CVDS)相互作用的系统，其特点是既受离散突发事件的驱动，又随时间连续变化，本质上属于一类复杂的非光滑、非连续的非线性系统。然而，还存在一类混杂系统，如信息物理融合系统、物流系统等，除包含离散特性和连续特性外，还包含时延、随机和决策特性，传统的系统建模方法难以充分描述该类系统特性。

由于Petri网采用图形化描述，具有精确地语义以及强大的表达能力，因此常作为系统的描述工具。传统的此类建模及仿真平台，都基于传统Petri网、混杂Petri网(HybridPetri Net,HPN)及其衍生模型开发，此类平台仅能针对具有部分混杂特性的混杂系统进行建模，且所构建模型具有较高的模型复杂度和较低的可扩展性。

发明内容

本发明提供一种基于HSTPN模型的混杂系统建模仿真平台及仿真方法，以解决传统的系统建模平台构建模型复杂度高、可扩展性低，且难以充分描述混杂系统特性的问题。

本发明提供一种基于HSTPN模型的混杂系统建模仿真平台，包括：

人机交互模块，用于搭建HSTPN模型，并通过对模型的属性设置，进而生成系统模型；

逻辑表示模块，与所述人机交互模块相连接，用于实时记录人机交互模块的操作信息和设置信息；

仿真分析模块，与所述逻辑表示模块相连接，用于接收逻辑表示模块的信息，开辟新的线程完成仿真分析操作；其中，人机交互模块包括用于搭建HSTPN模型的基本元素单元和典型结构单元；所述基本元素单元包括用于分别定义离散特性、连续特性、时延特性、随机特性以及决策特性的离散库所、连续库所、时延库所、随机库所以及决策库所；所述典型结构单元包括决策结构。

本发明的基于HSTPN模型的混杂系统建模仿真平台中，所述库所包括未激活状态、激活-未使能状态以及使能状态，其中激活-未使能状态用空心标识表示。

本发明的基于HSTPN模型的混杂系统建模仿真平台中，所述决策结构包括：一般决策结构和Yes-No决策结构。

本发明的基于HSTPN模型的混杂系统建模仿真平台中，所述一般决策结构由决策库所、变迁以及带标签的有向弧构成，有向弧的标签为0、1、2、…、n。

本发明的基于HSTPN模型的混杂系统建模仿真平台中，所述Yes-No决策结构的决策库所仅产生0和1两种结果。

本发明的基于HSTPN模型的混杂系统建模仿真平台中，所述混杂系统中用库所标识和连续状态共同描述库所的混杂状态；

定义m_f(s)∈{0,1}，x_f(s)∈R；其中，s表示HSTPN模型的一个库所，m_f(s)表示库所在f时刻的库所标识，x_f(s)表示库所在f时刻的连续状态；