[發明專利]基于HSTPN模型的混雜系統建模仿真平臺及仿真方法

有效

• 申請號: 201710376159.7
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107229789B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 郝麗娜;曹瑞珉;王風立;白國力
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明公開了一種基于HSTPN模型的混雜系統建模仿真平臺及仿真方法，包括人機交互模塊、邏輯表示模塊、仿真分析模塊、文件存儲模塊和等效規則庫。所述平臺可對同時具有離散、連續、時延、隨機和決策5類混雜特性的混雜系統進行建模仿真，并將上述混雜特性僅定義于5類庫所中，可降低建模復雜度，保證變遷的瞬間性原理，并提高建模的可擴展性；所述HSTPN模型的一個混雜狀態用庫所標識和連續狀態共同描述；所述平臺通過建立混雜Petri網及其衍生模型的等效規則，提供與HSTPN模型的等效功能。本發明的平臺及仿真方法可應用于信息物理融合系統、柔性制造系統、物流系統以及國防工業等混雜系統的建模和仿真。

技術領域

本發明涉及系統建模仿真平臺及仿真方法，特別涉及具有離散、連續、時延、隨機和決策5種特性的混雜系統的建模仿真平臺及仿真方法。

背景技術

混雜系統是指離散事件動態系統(Discrete Event Dynamic Systems,DEDS)和連續變量動態系統(Continuous Variable Dynamic Systems,CVDS)相互作用的系統，其特點是既受離散突發事件的驅動，又隨時間連續變化，本質上屬于一類復雜的非光滑、非連續的非線性系統。然而，還存在一類混雜系統，如信息物理融合系統、物流系統等，除包含離散特性和連續特性外，還包含時延、隨機和決策特性，傳統的系統建模方法難以充分描述該類系統特性。

由于Petri網采用圖形化描述，具有精確地語義以及強大的表達能力，因此常作為系統的描述工具。傳統的此類建模及仿真平臺，都基于傳統Petri網、混雜Petri網(HybridPetri Net,HPN)及其衍生模型開發，此類平臺僅能針對具有部分混雜特性的混雜系統進行建模，且所構建模型具有較高的模型復雜度和較低的可擴展性。

發明內容

本發明提供一種基于HSTPN模型的混雜系統建模仿真平臺及仿真方法，以解決傳統的系統建模平臺構建模型復雜度高、可擴展性低，且難以充分描述混雜系統特性的問題。

本發明提供一種基于HSTPN模型的混雜系統建模仿真平臺，包括：

人機交互模塊，用于搭建HSTPN模型，并通過對模型的屬性設置，進而生成系統模型；

邏輯表示模塊，與所述人機交互模塊相連接，用于實時記錄人機交互模塊的操作信息和設置信息；

仿真分析模塊，與所述邏輯表示模塊相連接，用于接收邏輯表示模塊的信息，開辟新的線程完成仿真分析操作；其中，人機交互模塊包括用于搭建HSTPN模型的基本元素單元和典型結構單元；所述基本元素單元包括用于分別定義離散特性、連續特性、時延特性、隨機特性以及決策特性的離散庫所、連續庫所、時延庫所、隨機庫所以及決策庫所；所述典型結構單元包括決策結構。

本發明的基于HSTPN模型的混雜系統建模仿真平臺中，所述庫所包括未激活狀態、激活-未使能狀態以及使能狀態，其中激活-未使能狀態用空心標識表示。

本發明的基于HSTPN模型的混雜系統建模仿真平臺中，所述決策結構包括：一般決策結構和Yes-No決策結構。

本發明的基于HSTPN模型的混雜系統建模仿真平臺中，所述一般決策結構由決策庫所、變遷以及帶標簽的有向弧構成，有向弧的標簽為0、1、2、…、n。

本發明的基于HSTPN模型的混雜系統建模仿真平臺中，所述Yes-No決策結構的決策庫所僅產生0和1兩種結果。

本發明的基于HSTPN模型的混雜系統建模仿真平臺中，所述混雜系統中用庫所標識和連續狀態共同描述庫所的混雜狀態；

定義m_f(s)∈{0,1}，x_f(s)∈R；其中，s表示HSTPN模型的一個庫所，m_f(s)表示庫所在f時刻的庫所標識，x_f(s)表示庫所在f時刻的連續狀態；