建模与仿真动态拓扑模型(共19页)

1、建模与仿真动态拓扑(tu p)模型：应用综述摘要(zhiyo) 许多拓扑(tu p)系统在生命期中都会发生调整变化。把这些调整变化模仿进系统，进而抽象成模型，这样的拓扑模型和相应的静态的相比，更容易去理解和维护。混合流的系统规范（HFSS）是一个可以用动态拓扑表达的混合系统规范。HFSS支持这种用增加/减少部件和内部联系自我进行改装的拓扑的表达。在本文中，我们给出了转换系统、移动部件、无界元胞自动机这几种动态拓扑模型的表达。我们还提供用HFSS表达的空间移动实体。 1.介绍 在生命期，许多系统的拓扑都在进行调整。一个有效的表达要有将这种变化描述进模型的能力。一般来说，这种表达的导向，是更直觉的

2、和更容易维护的模型。这些系统的例子，包括传感器网络、重组电脑、错误容忍系统、森林火灾报警、人工操作系统、生态系统、人工神经网络、机器人组的形成。一个动态拓扑模型可以提供实体和它们之间的关系。 HFSS是一个(y )可以用随机(su j)时间的拓扑表达连续/离散(lsn)的系统的模拟仿真规范。这个规范是定义在一个大的变化范围上的规范，包括一个拓扑模型的形成和结尾。但是HFSS拓扑模型中的调整变化不具备构建所有拓扑的可能。 本文我们通过描述几个组系统的表达，提供动态拓扑的模拟仿真综述。第3部分中，我们给出了一个填充系统，在这里瓶子是模型化的部件，可以联系填充控制。第4部分中，我们给出一个电路，它被

3、模型化为转换系统，这个系统的电流等价为一个二极管。第5部分中，我们使用动态拓扑去表达无界元胞自动机。这个表达探讨了HFSS表达大型自动装置的能力。HFSS赋于一个代表基于同事和同事的交流的能力，使模型很容易得到改进。 2.HFSS规范 我们简略地提供HFSS的描述，用动态拓扑为混合系统提供一个表达。这个规范给出两种模型：基础的和网络的。后面的模型是由基础的和网络的组成的模型。HFSS的拓扑调整能力基于动态结构的概念。 2.1 HFSS基础模型 一个(y )HFSS基础(jch)模型通过HFSS =(X, Y, S, , , , c, )限定(xindng)。 其中 是输入值的设定 是输出值的设

4、定 S是部分状态的设定 :S 是时间输入功能 :S 是时间输出功能 其中H是上方真实数据的设定 是状态设定，并且是时间转移功能 ，是初始状态 是转移功能，其中 是连续输出功能 是输出离散部分的功能。是通过 限定 是通过（q）=(c(q),d(q)限定 基础模型允许出现对抽样和离散事件的表达。抽样通过时间输入功能成为详尽的模型。一个基础模型输出连续的数据，因此它可以用来代表连续的情况。这个连续输入的过程通过以抽样基础的代表构成。这里抽样率可以在每个具体的部分具体指定。HFSS的基础模型可以用于明确数据的整合和探测，使之成为混合系统的标准件表达。 2.2 HFSS的网络模型(mxng) 网络模型(

5、mxng)是HFSS的一个(y )组成部件。层级制度是允许用小部件去代表复杂系统的关键，这个小部件可以独立地进化和测试。通常，一个网络模型由四部分组成。 其中N是网络系统的名字 是输入值的设定 是连续输入值的设定 是离散输入值的设定 是输出值的设定 是连续输出值的设定 是离散输出值的设定 是动态系统网络系统执行者的名字 是整个模型的执行者 模型的执行者是一个模型化的HFSS.通过限定(xindng)。 其中(qzhng)是网络系统(xtng)拓扑的设定 是拓扑的功能 网络系统拓扑相应的状态由给定。 其中是组件名称， 是组件i的模型，是组件影响因素i的设定，是组件i的输入功能。 基于网络拓扑指定

6、的执行者。执行状态的变化映射到网络拓扑结构的变化拓扑功能。这些变化包括能够添加/删除组件和它们之间的联系。 3、动态拓扑 为了展示适应网络拓扑的能力,我们考虑图1的瓶子灌装系统。 灌装系统是由F和填料(tinlio)探测器D组成,检测瓶子灌装的进度。瓶子通过(tnggu)传送带到达填料的下方。当到达规定(gudng)的容积，填料填满瓶子，传送机将它移走,并送来了新的空瓶子。 这个系统的HFSS模型在图2中,矩形表示组件,圆圈表示输入功能。一个箭头表示组件。填料是数字比例控制器F组件。探测器d。瓶子是一个活动的组件,可以给出目前的体积的信息。输送机模型化为执行者,可以在系统中添加或删除瓶子。一个

7、瓶子被填满，模型拓扑结构表示由图2所示。瓶子是一个积分器,作为接收输入灌装速度的控制器。 瓶子检测器D收到信号，执行的是填满。然后执行移走瓶子(png zi)，网络拓扑变为图3。传送机转移时间后执行插入新瓶子，模型拓扑结构再回到图2。拓扑结构的变化对应地插入空瓶子和移走了填满的瓶子。规定每个瓶子等价(dngji)于一个方程,这些变化相对应修改(xigi)方程描述的模型。 4个瓶子的体积在图4给出.这个图反映了动态拓扑(tu p)方法的使用。 4.切换(qi hun)系统 切换(qi hun)系统可以被广泛地定义为由一组模型来表示的系统。在每一个系统切换的瞬间(shn jin)，在当前系统条件下

8、，只有一个活动的模型。例如，电路用二极管对于打开/关闭部件的组合，具有不同的模型。在这种情况下，通过改变每个组件的条件确定替代模型。当这些元素之一发生更改，新的电路被使用。 HFSS提供了一个自然框架(kun ji)用于代表切换系统。一个简单的表达这些系统将需要开发(kif)一种网络执行者，为每一种情况选择的适当的模型。但是，如果模型被模块化开发来实现(shxin)，可以有一个更好的表达。在这种情况下，我们可以利用处理当前和新的模型变化的优势。对于通用互连组件，这样的模型可以变得更简单高效。改变整体模型需求时保持一些组件，同时也减少了初始化操作的次数。 为了说明动态拓扑接近建模和仿真切换系统，

9、我们考虑的代表是简化的半整流电路，在图5中。该电路是由一个电容器C、电阻器R二极管D、一个电阻构成。二极管是一个非线性电子组件，被建模为一个具有两个位置（开放式和封闭式）的开关。 图6表示(biosh)该电路当时，对应二极管闭合(b h)的情况。 HFSS规范(gufn)中，允许代表和模拟的电路必须转换为规范形式。相应(xingyng)的HFSS网络表示在图7中 封闭的二极管仿真模型(mxng)。给出描述的电路的方程 二极管D被替换为检测组件(z jin)T，T负责当二极管交换状态时发出信号。这个检测器接收的差。执行(zhxng)者然后(rnhu)交换到电路图8，对应于开放二极管。 该电路具有

10、在所示的仿真模型在图9，电流在电容器IC给出按： 新的模型可以从先前的模型中由编码的差异获得。因此，所有的组件停留这个状态，仅仅是模式发生改变。先前的网络差值出现在功能上的计算电压D中。 从封闭(fngb)到开放的二极管的拓扑的变化，涉及积分器（不考虑影响因素V，并改变(gibin)相应的输入功能）。相应的初始拓扑到闭合二极管，是通过将积分器的影响因素设定(sh dn)增加源V得到.模仿的结果表示在图10。 5.无界元胞自动机 动态拓扑结构可以提供一个高效(o xio)非常大的系统的表达。这种情况(qngkung)，例如，无界元胞自动机在模拟森林火灾(huzi)中使用。对于这些系统，可以通过保

11、持在模型中唯一的细胞取得的当前处于活动的状态，获得高效的内存利用率。 我们(w men)给出森林火灾(huzi)的一个简单的场景宣传，在动态(dngti)的同等条件下使用拓扑元胞自动机。图11（a）表明仿真开始时没有细胞。在t=，在图11（b），一个小区被点燃。此时自动机中只有一个单元是活跃的。模拟时钟前进到下一个时间，T = 的时间。这时创建北、南、东方和西方的细胞，如图所示11（c）。第一小区仍处于活动状态，因为它仍然可以在其他细胞中点火。下一个事件的时候，在剩余的细胞周围的出发时间细胞被点燃，为t= 时。这时NE，NW，创建SE和SW细胞，起始的细胞旁被删除，因为它所有的邻居都在燃烧，为在图11（d）中示出。此过程，该细胞的数量是总体模型的细胞总数的一小部分。动态拓扑使可以模拟非常大的自动机。 6.结论(jiln)动态拓扑结构(jigu)提供了极具表现力和灵活(ln hu)性的构建(u jin)，以表示它接受自适应系统改变它们的结构。HFSS规范提供了一个框架，建模和仿真模型能够代表随着离散连续动态行为触发改变模型的拓扑结构的事件。这些变化有广泛的范围，包括增加/去除模型和它们的相互联系在模拟中的运行。在HFSS规范下，能够代表任意改变模型的拓扑结构。HFSS提供这些显然是一个统一的代表性不