混合系统在matlab环境下的建模和仿真

混合系统是集连续动态系统和离散事件为一体的复杂动态系统,是近年来控制理论研究领域的热门课题.由于混合系统既含连续变量义含离散事件,给处理这类系统带来了复杂性.一般混合系统建立模方法有:混合自动机,混合petri,时段演算及其扩展等模型.在概述混合系统概念与特点的基础上,介绍了混合系统研究中的建模与仿真问题.结合超市冰柜系统用混合自动机建模,并用MATLAB中的SIMULINK和STATEFLOW进行仿真.仿真结果表明效果很好,为系统分析和设计提供了有力的工具.     

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.     

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。     

混合系统的稳定性分析

研究了混合系统的稳定性问题.首先,对于混合系统给出了一种一般的模型,该模型能 够描述混合状态的跳变现象.然后,定义了一种辅助函数作为系统能量的一种度量.基于该模型 和辅助函数,得到了混合系统稳定性判定的一些新结果.这些结果给出了在离散状态改变时,在 由于连续状态的跳变而引起的系统能量增加的情况下,混合系统仍保持稳定的充分条件.最后， 给出了一种能量函数的寻找方案,并利用一个仿真实例验证了该方案的有效性.     

一种基于Modelica语言的混合系统DEVS模型架构

Modelica语言采用微分方程描述系统,此外它还具备面向对象编程语言的特性,因此它不仅适用于连续系统的建模,还支持离散系统的模型架构。因此,可以将Modelica作为一种混合系统的建模语言。提出了一个Modelica语言描述的DEVS（Discrete E Vent System specification离散事件系统规范）模型架构,并通过对模型的编译过程产生C＋＋代码,获取了同时描述连续系统和离散系统建模的能力。最后给出了用Modelica语言描述的一个飞机导航控制连续一离散仿真系统的例子。     

混合控制系统的稳定裕度分析与计算

数字控制与连续对象组成的混合系统是常见的控制形式，而通过有效的计算方法得到混合系统的稳定裕度是衡量控制系统性能指标的重要工作。通过一个具体的数字实例，对于目前常用的几种混合系统的稳定裕度计算方法进行了比较，明确了正确的计算步骤和方法，即只有对于整个开环传递函数进行整体ZOH离散化才能够得到真实结果，并指出通过Matlab中的相应函数可以得到精确的数值解。最后给出了混合系统设计的指导性意见。     

基于二维混合模型的改进型重复控制器设计

针对一类线性系统,提出一种基于连续/离散二维混合模型的改进型重复控制系统设计方法.首先,通过分析重复控制系统中独立存在的控制行为和学习行为,建立了连续/离散二维混合模型,并将重复控制设计问题转化为一类连续/离散二维系统的状态反馈控制问题;然后,基于对重复控制过程的分析和二维模型,提出一种新型重复控制系统结构,并将重复控制器的设计问题转化为连续/离散二维混合系统的状态反馈设计问题;最后,应用二维Lyapunov泛函理论和线性矩阵不等式方法,获得了重复控制器参数求解方法.     

线性混合系统的可观性分析

线性混合系统的控制输入(包括离散控制和连续控制)会影响混合系统的状态可观性．混合系统的可观性包括初始的离散状态和连续状态，以及离散状态的切换时间．对此．分析了系统的控制输入对线性混合系统状态(主要是离散状态)的影响，并论述这将有助于改善某些线性混合系统状态的可观性．通过分析给出了在这种情形下比较宽松的线性混合系统状态可观性条件及其秩检验条件，并给出说明性示例．     

用VHDL-AMS进行概念设计

ＶＨＤＬ－ＡＭＳ是ＶＨＤＬ向模拟和混合信号领域的诉展,ＶＨＬＤ－ＡＭＳ为设计者提供了在概念级处理复杂系统的能力,随着ＶＨＤＬ－ＡＭＳ的标准化,将诞生处理复杂的模拟和混合信号模型的有效的模拟器,文中介绍了ＶＨＬＤ－ＡＭＳ模拟扩展的主要内容,展示了一个混合模式模拟环境,并给出了模拟解算器的构成,讨论了连续和离散模拟的同步问题;用４个例子说明ＶＨＤＬ－ＡＭＳ在概念设计中的应用。     

基于二维混合模型的重复控制系统稳定性分析与控制器设计

针对一类线性不确定系统, 提出一种基于连续/离散二维混合模型的重复控制系统设计新方法. 首先建立重复控制系统的连续/离散二维混合模型, 将重复控制器设计问题转化为一类连续/离散二维系统的稳定性问题; 然后应用二维连续/离散系统方法, 给出了重复控制系统新的稳定性条件. 进一步, 利用线性矩阵不等式方法, 获得了重复控制系统稳定边界和重复控制器参数的计算方法. 与现有方法不同的是, 本文以二维混合模型来描述重复控制系统, 更加符合其本质特征, 实现了对重复控制过程中两种不同行为的独立调节. 最后, 数值仿真实例验证了本文所提方法的有效性.     

LDPChecker一个实时和混成系统模型检验工具

混成系统是一类复杂系统,线性混成系统作为其重要子类,在形式方法中,人们通常使用线性混成自动机来对它建模．虽然线性混成自动机的模型检验问题总的来说还是不可判定的,但对于其中的正环闭合自动机．其对于线性时段性质的满足性能够通过线性规划方法加以检验．为了实现自动检验正环闭合自动机对线性时段性质的满足性,设计并实现了工具LDPChecker．工具LDPChecker能够识别正环闭合自动机并对其进行相应的检验,其主要特色在于它能够对实时和混成系统检验包含可达性在内的许多实时性质,并且能够自动给出诊断信息．     

基于迁移系统分析的线性混成系统安全验证

混成自动机行为中既包含离散行为又包含连续行为,非常复杂。其安全性验证问题难以解决,即使是线性混成自动机,它的可达性问题也被证明是不可判定的。现有工具大都使用多面体计算来计算线性混成自动机的可达状态空间集,复杂度高,可处理问题规模非常有限。为了避免这类问题,实现了一种新的工具。该工具将线性混成自动机表达为等价的迁移系统,并利用迁移系统上不变式生成相关工作对混成自动机进行验证。实验数据表明,方法有效可行,工具具有良好的性能。     

Hybrid MARTE statecharts

The specification of modeling and analysis of real-time and embedded systems (MARTE) is an extension of the unified modeling language (UML) in the domain of real-time and embedded systems. Even though MARTE time model offers a support to describe both discrete and dense clocks, the biggest effort has been put so far on the specification and analysis of discrete MARTE models. To address hybrid real-time and embedded systems, we propose to extend statecharts using both MARTE and the theory of hybrid automata. We call this extension hybrid MARTE statecharts. It provides an improvement over the hybrid automata in that: the logical time variables and the chronometric time variables are unified. The formal syntax and semantics of hybrid MARTE statecharts are given based on labeled transition systems and live transition systems. As a case study, we model the behavior of a train control system with hybrid MARTE statecharts to demonstrate the benefit.     

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.     

混杂系统的虚拟对象实验室平台建设

通过对混杂系统典型实例即三水箱系统特性的分析,从系统安全的角度讨论了用于控制该系统离散状态切换序列的基于混杂自动机描述的贪婪型与周期型控制策略.依据此控制策略,利用VC＋＋与Matlab的混合编程技术开发了该混杂系统的虚拟对象实验室平台.通过对三水箱系统及仿真环境参数的设置,此平台不仅可以形象地演示虚拟对象在不同初始条件下的混杂特性,而且可以实现预定的控制策略并进行仿真研究,从而为具有此类混杂特性的混杂系统的深入研究,提供了一个虚拟的实验环境.     

混合电梯群控系统建模及免疫优化派梯策略

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,利用细胞自动机原理对电梯群控系统建模,能准确描述系统的连续动态、离散事件及其相互影响,同时也能完整有效地包容各电梯运行及管理两大部分。模型结构简单,具有较强适应能力和可扩展性。将人工免疫优化算法应用于混合电梯群控系统中进行派梯优化,模拟生物免疫系统的人工免疫（AI）优化算法采用高变异克隆避免种群陷入局部最优,加速优化速度,取得了比较好的效果。     

Results and perspectives on fault tolerant control for a class of hybrid systems

This article addresses the fault tolerant control (FTC) issue for a class of hybrid systems (HS) modelled by hybrid automata. Two kinds of faults are considered: continuous fault that affects each continuous system mode; discrete fault that affects the switching conditions. In these two faulty cases, the FTC design has two main objectives: (1) maintain the continuous performances including various stabilities of the origin and the output tracking/regulation behaviours along the trajectories of HS; (2) maintain the discrete specifications that have to be followed by HS, e.g. a desired switching sequence. The following three FTC methodologies are considered: FTC for HS with continuous stability goal; FTC for HS with discrete specifications; supervisory FTC design via hybrid control techniques. Some perspectives are also provided. This article provides the readers a survey on the main techniques that can be used to achieve these FTC goals of HS.     

混成系统的描述和设计与Timed RAISE项目

1 引言混成系统是包含连续部件和离散部件的实时系统。其中连续部件是满足一定微分方程的物理设备,离散部件是运行程序的计算机及受程序控制的感应器和主动器。混成系统的典型例子有:机器人控制系统、计算机辅助制造设备、飞行控制系统等。     

A formal mathematical framework for modeling probabilistic hybrid systems

The development of autonomous agents, such as mobile robots and software agents, has generated considerable research in recent years. Robotic systems, which are usually built from a mixture of continuous (analog) and discrete (digital) components, are often referred to as hybrid dynamical systems. Traditional approaches to real-time hybrid systems usually define behaviors purely in terms of determinism or sometimes non-determinism. However, this is insufficient as real-time dynamical systems very often exhibit uncertain behavior. To address this issue, we develop a semantic model, Probabilistic Constraint Nets (PCN), for probabilistic hybrid systems. PCN captures the most general structure of dynamic systems, allowing systems with discrete and continuous time/variables, synchronous as well as asynchronous event structures and uncertain dynamics to be modeled in a unitary framework. Based on a formal mathematical paradigm exploiting abstract algebra, topology and measure theory, PCN provides a rigorous formal programming semantics for the design of hybrid real-time embedded systems exhibiting uncertainty.