混合系统的建模及在Matlab环境下的仿真研究

针对混合系统既包含连续变量又存在离散事件的特点,给出了混合自动机的建模方法和在Ｍａｔｌａｂ环境下的仿真过程,并结合化工过程控制中的应用实例做了说明。     

混合系统的建模设计与仿真综述

混合系统是一类既包含连续动态行为又包含离散动态行为的系统,这类系统在实际应用中显得越来越重要,对这类系统需要探索新的模型和研究方法。该文在概述混合系统概念、特点以及发展近况的基础上,主要综述了近年来混合系统研究中的一些重要问题,指出现有各种方法的优缺点,并指出了今后的研究方向。该文首先介绍了混合系统研究中多种常见的建模方法,如混合自动机、Petri网和时段演算,然后重点讨论了混合系统一些重要性质,主要集中在对系统稳定性、可达性、可观性的分析方法上,以及混合系统的多种设计方法,并且对这些方法进行了初步评价,最后介绍了混合系统研究中一些常用的仿真工具。     

基于混合系统状态估计的故障诊断

如果将故障的发生视为一个离散事件,则存在故障可能的系统可以看作随机混合系 统,那么故障诊断问题就可转化为混合系统的离散状态估计问题.文中试图从这个角度研究 在非高斯噪声环境下非线性系统的故障诊断问题.在发生故障后的系统模型是已知的假定条 件下,使用随机混合自动机对系统建模,并利用基于粒子滤波的混合估计算法估计出混合状 态,从而完成故障诊断.仿真结果表明,所提的方法是可行的,可以处理某类故障诊断.     

基于混合随机Petri网的一类混合系统的模型及稳定性

混合动态系统是包含离散事件系统（ＤＥＳ）和连续变量系统（ＣＶＳ）的复杂系统。讨论了一类每个离散状态包含一个连续动态系统,且离散事件具有Ｍａｒｋｏｖ链性质的随机混合系统,在提出利用混合随机Ｐｅｔｒｉ网的建模方法的基础上,给出混合均方稳定的概念、稳定性和可镇定条件,最后以一个简单的例子做子说明和仿真。     

混合电梯群控系统建模及新型优化调度策略*

为了简化电梯系统建模问题的复杂性,国内外学者一直将电梯系统作为离散事件动态系统来分析,然而实质上电梯群控系统是一种典型的混合系统,包含了连续状态和离散状态以及复杂的人为逻辑策略。针对这一情况,打破此传统分析方法,将电梯作为混合动态系统进行分析,以细胞自动机理论为基础,加入多种连续速度曲线,建立了完整的混合电梯群控模型。仿真结果表明该模型结构简单,具有较强适应能力和可扩展性。同时,针对粒子群算法容易陷入局部最小值的缺陷,对其加以改进,提出一种新型的调度策略,并应用到混合电梯群控系统模型中,进行优化派梯。仿真     

混合系统建模理论与混合系统模型

在现代工程仿真中,大部分仿真对象表现出同时具有连续和离散对象的特征,利用现有的离散或者连续建模理论不能全面的反应出对象特性,需要对混合系统的建模进行相应的理论研究.从系统理论出发,围绕着系统的连续属性和离散属性,以及他们对系统信息的响应,还有他们之间的相互作用为中心,建立混合系统模型的形式化表达和系统理论基础,并在此基础上建立了混合系统模型.以此模型为基础,在实践中为某大型仿真项目中的工程对象建立了混合模型,在仿真中得到有效的应用.     

混合系统剖析,描述与建模

混合系统是一种离散和连续构件交织的系统。通常以微分方程为连续模型，以离散事件系统或自动机为离散模型。通过分析混合系统的微观结构，文中提出了面向系统设计的描述语言ＤＤＬ。它能直观、精确刻画混合现象，方便设计决策描述，而且通过控制器符号与系统指称约束的延迟，为系统设计带来很大的灵活性。由ＤＤＬ描述的混合系统，经内部通信隐藏和系统单步协调积，可转换为混合变迁系统。     

基于混合观测器的混合反馈控制

对于一类混合动态系统,研究基于混合观测器的混合反馈控制问题．通过系统线性部分和离散事件部分的Lyapunov函数构造了整个混合系统的Lyapunov函数．据此设计了使整个系统稳定的混合反馈控制且证明了闭环系统的稳定性．仿真实例说明该方法的有效性．     

冷连轧混合系统中离散事件仿真的建模及关键技术

本文以冷连轧过程仿真为例，分析了混合系统中离散事件的特点以及与连续部分的关 系，对系统进行了层次化分解，讨论了在混合系统仿真过程中对于离散事件部分的建模需要 注意的问题，同时给出了用有限状态机方法实现仿真建模的过程，以及实际应用中的关键技 术．     

混合动态系统的联通格式

混合动态系统是指即具有连续动力学特性又具有离散事件驱动性质的一类特殊的动力系统,并且两者之间存在着相互耦合作用.例如在"机群作战战术与防空系统效能"仿真中,有诸如飞机及导弹飞行等的连续事件系统,有探测模型、目视模型、火力击中目标、高炮发射过程等离散事件系统.混合系统有明显的外部特征,如不连续性、自治/受控切换以及自治/受控状态跳变等.为了研究这类系统的动态特性,研究人员开发了各类仿真软件,这些软件一些实现了产生系统模型的功能,一些实现了实时仿真功能,一些实现了实时监控模型运行的功能.而在一个系统仿真过程中需要用到不同软件来完成整个仿真任务,这就要求各个软件之间能够实现数据通信.而混合动态系统的联通格式实现了软件之间的数据共享.     

基于Matlab状态流的混杂系统仿真设计

混杂系统是集连续动态和离散事件为一体的复杂系统,是近十余年来控制理论研究领域的热门课题,混杂动态系统的研究为解决一类复杂的、非线性的大系统提供了一个很好的理论框架,计算机仿真是分析和研究混杂系统的有效工具。该文在分析混杂系统仿真关键问题的基础上,提出如何应用MATLAB环境中的状态流工具箱,实现基于混杂自动机模型的混杂系统仿真,并就典型混杂系统给出仿真实例。结果表明,应用MATLAB状态流工具箱进行混杂系统仿真,具有很好的可视化,而且混杂系统的离散和连续两部分可以很好的同步协调,结构简单而明了,效果很好。     

混成系统研究综述*

混成系统是一类既包含连续动态行为又包含离散动态行为的系统,这类系统在实际应用中显得越来越重要,对这类系统需要探索新的模型和研究方法。从建模、分析与验证三个方面综述了混成系统的研究现状和需要进一步研究的课题。     

半张量积理论在网络遥操作系统中的应用

研究了网络遥操作系统的半张量积建模问题.网络遥操作系统中存在人机交互以及大时延事件,这使得系统中既有离散事件动态又有连续动态,当系统的离散事件动态与底层连续动态相互作用耦合强烈时,系统的性能、行为分析变得更为复杂.本文通过引入半张量积给出了一种新的半张量积混杂建模方法,它把一类特定事件系统建模为布尔系统,通过半张量积方法得到类似于离散动态系统的方程.它将系统中离散事件和连续动态相互耦合的地方表达为半张量积的形式,最后经过扩张简化得到完整统一的系统数学模型,它将有利于进一步分析、计算.本文给出的半张量积建模方法和步骤具有一定的通用性和一般性.此外本文还对基于半张量积的混杂网络遥操作系统模型进行了基于事件控制和时间控制的仿真.仿真结果表明,半张量积建模方法完全可信、可行,基于事件控制的方法在网络遥操作控制中明显优于基于时间控制的方法.     

AN APPROACH TO REASONING ABOUT HYBRID SYSTEMS

A formal approach is presented for proving temporal properties of dynamic systems. Its main advantage is that it can be used to prove properties of hybrid systems, i.e. those whose state contains both discrete and continuous parameters. In contrast, most current temporal reasoning techniques are restricted either to purely discrete systems or to purely continuous systems. Our approach is based upon a new modeling technique called DMOD. A DMOD model of a system defines the causality relation between events in the system, using definite clauses, i.e. logic programs. Thereby, the problem of reasoning about hybrid systems is reduced to one of reasoning about the behavior of definite clauses. As these possess a simple proof theory, reasoning is substantially simplified.     

基于扩展混成Petri网的CPS无人车系统建模与分析

信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)是一个集计算系统、通信系统、感知系统、控制系统和物理系统于一体的复杂系统,其行为是一种由离散计算过程与连续物理过程深度融合并紧密交互的混成行为。针对这种特性,采用混成Petri网对CPS建模,并在此基础上添加时间约束,即对离散变迁关联一个延迟时间,对连续变迁关联一个激发速率函数,同时引入抑止弧和测试弧的概念以提高Petri网的表达能力,由此提出一种新的模型——扩展混成Petri网模型。然后,对CPS应用中无人驾驶车辆系统的躲避障碍物场景进行建模,将建立的模型按照一定的规则转化为与之对应的Simulink模型,并通过Matlab仿真对系统行为及属性进行分析。     

面向原油库存管理过程的Petri网建模

石油化工工业属于典型的连续型生产工业,但在连续生产过程中又包含有离散变量, 具有明显的混杂动态系统特征.对于这样的混杂动态系统,混合Petri网是一种有效的建模方法.文章在已有的混合Petri网结构基础上,在离散变迁激发规则中加入了逻辑控制条件,并对原油库存管理过程这一兼有连续时间特性和离散事件特性的混合动态系统进行建模,并通过建模实例验证了其有效性和灵活性,从而为解决原油库存问题提供了具有参考价值的方法.     

控制模态转移型系统的稳定切换

离散事件决策子系统和数值反馈子系统合成的混合控制系统呈现出复杂的稳定动态 特性.研究了在达到模态切换周期的控制规则下,相应的系统连续状态轨迹的平稳性.给出了具 有较少约束的李雅谱诺夫型判据,不要求全局一致的李雅谱诺夫函数,不要求每个模态下的能 量函数单调递减.     

On Hybrid Petri Nets

Petrinets (PNs) are widely used to model discrete event dynamic systems(computer systems, manufacturing systems, communication systems,etc). Continuous Petri nets (in which the markings are real numbersand the transition firings are continuous) were defined morerecently; such a PN may model a continuous system or approximatea discrete system. A hybrid Petri net can be obtained if onepart is discrete and another part is continuous. This paper isbasically a survey of the work of the authors' team on hybridPNs (definition, properties, modeling). In addition, it containsnew material such as the definition of extended hybrid PNs andseveral applications, explanations and comments about the timingsin Petri nets, more on the conflict resolution in hybrid PNs,and connection between hybrid PNs and hybrid automata. The paperis illustrated by many examples.