Проектирование и исследование диаграммы состояний и переходов для восстанавливаемой системы
Цель работы
Изучение особенностей создания диаграмм состояний и переходов с использованием программ Stateflow и Simulink. Использование полученных навыков для исследования надежности восстанавливаемой системы.
Теоретическая часть
Марковский случайный процесс
При анализе надежности информационных систем широко используется понятие вероятностного (случайного) процесса.
Существует большое число различных типов вероятностных случайных процессов. Наиболее подходящим для исследования надежности является марковский случайный процесс.
Марковский процесс – процесс, у которого для каждого момента времени вероятность любого состояния объекта в будущем зависит только от состояния объекта в настоящий момент времени и не зависит от того, каким образом объект пришел в это состояние.
Характеристику процесса полезно сопровождать графическим изображением. На рис. 1,а показан процесс изменения состояний некоторого объекта. Число возможных состояний – три. В момент времени t1 объект переходит из состояния 1 в состояние 2, в момент времени t2 – из состояния 2 в состояние 1 и т.д.
На рис. 1,б вероятностный процесс представлен графом состояний с указанием на ребрах графа интенсивностей переходов из одного состояния в другое.
В исследованиях надежности теория марковских процессов получила весьма широкое применение, т.к. процесс функционирования многих объектов, как правило, сопровождается простейшими потоками отказов и восстановлений. Экспоненциальное распределение времени работы до отказа и времени восстановления работоспособности – необходимое условие для марковского процесса.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1. Варианты изображения вероятностного процесса:
а – временной последовательностью смены состояний; б – графом состояний
В настоящее время возможно построение имитационных моделей (использующих диаграммы состояний и переходов) с использованием программ Stateflow и Simulink, входящих в состав пакета MATLAB.
Особое место среди инструментальных приложений занимает система визуального моделирования Simulink. Simulink хорош тем, что, с одной стороны, обеспечивает пользователю доступ ко всем основным возможностям пакета MATLAB, а с другой – является достаточно самостоятельной его компонентой, в том смысле, что при работе с ним не обязательно иметь навыки в использовании других инструментов, входящих в состав пакета.
Stateflow-инструмент для численного моделирования систем, характеризующихся сложным поведением.
|
|
|
Stateflow-диаграммы включаются в Simulink-модели, чтобы обеспечить возможность моделирования процессов, управляемых событиями. Stateflow обеспечивает ясное описание поведения сложных систем, используя диаграммы состояний и переходов.
Комбинация MATLAB-Simulink-Stateflow является мощным универсальным инструментом моделирования систем. Дополнительная возможность следить в режиме реального времени за процессом выполнения диаграммы путем включения режима анимации делает процесс моделирования реактивных систем по-настоящему наглядным.
Объекты Stateflow диаграммы
Stateflow диаграмма ( Stateflow Chart) состоит из набора графических (состояния, переходы, соединения) и неграфических (события, данные, программные коды) объектов.
Состояние ( State ) – режим, в котором моделируемая система пребывает некоторое время, в течение которого она ведет себя одинаковым образом. Например, система может находиться в одном из двух состояний: работоспособном и неработоспособном. В диаграмме состояний и переходов состояния изображаются прямоугольниками с округленными углами.
Переход ( Transition ) – изменение состояния, обычно вызываемое некоторым событием. Переходы показываются линиями со стрелками, указывающими направление перехода. В большинстве случаев переход указывает на изменение состояния системы.
|
|
|
Событие ( Event ) – нечто происходящее в рассматриваемой системе или вне ее. Например, события могут быть связаны с фактами обнаружения отказа или восстановления элементов системы.
События управляют выполнением диаграммы Stateflow. Наступление события может запустить переход, и тогда он происходит, или может запустить действие, и тогда оно выполняется.
Действие ( Action ) – это результат выполнения какой-либо части диаграммы Stateflow.
Действие может быть выполнено в результате перехода от одного состояния к другому. Действие может быть также реакцией на состояние.
Внутри прямоугольника, обозначающего состояние, указываются метки. Метки состояний начинаются с имени состояния. Кроме того, метка состояния может иметь символ / (слэш) и одно или несколько ключевых слов. При наличии символа / (слэш) ключевое слово Entry может отсутствовать. Ключевые слова определяют различные типы действий, связанных с состоянием:
Entry – действия при входе в состояние;
During – действия во время активности состояния;
|
|
|
Exit - действия при выходе из состояния;
On event_name – действия при наступлении события event_name.
После ввода ключевого слова, которое определяет тип действия, необходимо указать, какие именно действия будут выполняться. Составные действия для каждого типа разделяются символом точка с запятой. После каждого ключевого слова ставится двоеточие.
На рис. 2 для состояния с именем H0 указано действие S=S+1, которое выполняется при входе в это состояние.
|
Рис. 2. Пример изображения состояния
Линии соединения могут разделяться на сегменты. Для этого используют объекты – соединения (узлы).
Соединение ( Connective Junction ) – графический объект, предназначенный для указания точки принятия решения в системе.
В следующем примере имеются два сегментированных перехода: один из состояния H0 к состоянию H1, а другой – от состояния H0 обратно к состоянию H0 (рис. 3).
 |
Рис. 3. Использование перехода (узла)
Переходы характеризуются метками. Метка может включать в себя имя события, условие, действие и/или действие перехода. Метки перехода имеют следующий формат:
Событие [ условие] { действие условия}/ действие перехода.
Любая часть метки может отсутствовать.
Переход происходит при наступлении события, но с учетом истинности условия, если оно определено. Условия заключаются в квадратные скобки, а действия условий – в фигурные скобки. Действия условий выполняются перед тем как переход осуществится. Действия перехода выполняются после того, как переход стал возможен и при истинности условия. Действия перехода обозначаются символом (/).
Переход по умолчанию (рис. 3) определяет, какое из нескольких состояний должно быть активным, когда имеется неопределенность между двумя или более исключительными (ИЛИ) состояниями.
Когда состояние активно, диаграмма переходит в этот режим. Когда состояние неактивно, диаграмма находится не в этом режиме. Активность и неактивность состояний диаграммы динамически изменяется, базируясь на событиях и условиях.
В процессе моделирования используются различные данные. Например, значения интенсивностей переходов из одного состояния в другое должны поступать в Stateflow диаграмму от модели Simulink, а результаты расчетов вероятностей состояний марковского процесса должны выходить из Stateflow диаграммы в модель Simulink. Объекты – данные являются неграфическими объектами.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 237; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!