建模與仿真動態(tài)拓撲模型(共19頁)

1、建模與仿真動態(tài)拓撲(tu p)模型：應用綜述摘要(zhiyo) 許多拓撲(tu p)系統(tǒng)在生命期中都會發(fā)生調整變化。把這些調整變化模仿進系統(tǒng)，進而抽象成模型，這樣的拓撲模型和相應的靜態(tài)的相比，更容易去理解和維護?；旌狭鞯南到y(tǒng)規(guī)范（HFSS）是一個可以用動態(tài)拓撲表達的混合系統(tǒng)規(guī)范。HFSS支持這種用增加/減少部件和內部聯(lián)系自我進行改裝的拓撲的表達。在本文中，我們給出了轉換系統(tǒng)、移動部件、無界元胞自動機這幾種動態(tài)拓撲模型的表達。我們還提供用HFSS表達的空間移動實體。 1.介紹 在生命期，許多系統(tǒng)的拓撲都在進行調整。一個有效的表達要有將這種變化描述進模型的能力。一般來說，這種表達的導向，是更直覺的

2、和更容易維護的模型。這些系統(tǒng)的例子，包括傳感器網(wǎng)絡、重組電腦、錯誤容忍系統(tǒng)、森林火災報警、人工操作系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、機器人組的形成。一個動態(tài)拓撲模型可以提供實體和它們之間的關系。 HFSS是一個(y )可以用隨機(su j)時間的拓撲表達連續(xù)/離散(lsn)的系統(tǒng)的模擬仿真規(guī)范。這個規(guī)范是定義在一個大的變化范圍上的規(guī)范，包括一個拓撲模型的形成和結尾。但是HFSS拓撲模型中的調整變化不具備構建所有拓撲的可能。 本文我們通過描述幾個組系統(tǒng)的表達，提供動態(tài)拓撲的模擬仿真綜述。第3部分中，我們給出了一個填充系統(tǒng)，在這里瓶子是模型化的部件，可以聯(lián)系填充控制。第4部分中，我們給出一個電路，它被

3、模型化為轉換系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的電流等價為一個二極管。第5部分中，我們使用動態(tài)拓撲去表達無界元胞自動機。這個表達探討了HFSS表達大型自動裝置的能力。HFSS賦于一個代表基于同事和同事的交流的能力，使模型很容易得到改進。 2.HFSS規(guī)范 我們簡略地提供HFSS的描述，用動態(tài)拓撲為混合系統(tǒng)提供一個表達。這個規(guī)范給出兩種模型：基礎的和網(wǎng)絡的。后面的模型是由基礎的和網(wǎng)絡的組成的模型。HFSS的拓撲調整能力基于動態(tài)結構的概念。 2.1 HFSS基礎模型 一個(y )HFSS基礎(jch)模型通過HFSS =(X, Y, S, , , , c, )限定(xindng)。 其中 是輸入值的設定 是輸出值的設

4、定 S是部分狀態(tài)的設定 :S 是時間輸入功能 :S 是時間輸出功能 其中H是上方真實數(shù)據(jù)的設定 是狀態(tài)設定，并且是時間轉移功能 ，是初始狀態(tài) 是轉移功能，其中 是連續(xù)輸出功能 是輸出離散部分的功能。是通過 限定 是通過（q）=(c(q),d(q)限定 基礎模型允許出現(xiàn)對抽樣和離散事件的表達。抽樣通過時間輸入功能成為詳盡的模型。一個基礎模型輸出連續(xù)的數(shù)據(jù)，因此它可以用來代表連續(xù)的情況。這個連續(xù)輸入的過程通過以抽樣基礎的代表構成。這里抽樣率可以在每個具體的部分具體指定。HFSS的基礎模型可以用于明確數(shù)據(jù)的整合和探測，使之成為混合系統(tǒng)的標準件表達。 2.2 HFSS的網(wǎng)絡模型(mxng) 網(wǎng)絡模型(

5、mxng)是HFSS的一個(y )組成部件。層級制度是允許用小部件去代表復雜系統(tǒng)的關鍵，這個小部件可以獨立地進化和測試。通常，一個網(wǎng)絡模型由四部分組成。 其中N是網(wǎng)絡系統(tǒng)的名字 是輸入值的設定 是連續(xù)輸入值的設定 是離散輸入值的設定 是輸出值的設定 是連續(xù)輸出值的設定 是離散輸出值的設定 是動態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)執(zhí)行者的名字 是整個模型的執(zhí)行者 模型的執(zhí)行者是一個模型化的HFSS.通過限定(xindng)。 其中(qzhng)是網(wǎng)絡系統(tǒng)(xtng)拓撲的設定 是拓撲的功能 網(wǎng)絡系統(tǒng)拓撲相應的狀態(tài)由給定。 其中是組件名稱， 是組件i的模型，是組件影響因素i的設定，是組件i的輸入功能。 基于網(wǎng)絡拓撲指定

6、的執(zhí)行者。執(zhí)行狀態(tài)的變化映射到網(wǎng)絡拓撲結構的變化拓撲功能。這些變化包括能夠添加/刪除組件和它們之間的聯(lián)系。 3、動態(tài)拓撲 為了展示適應網(wǎng)絡拓撲的能力,我們考慮圖1的瓶子灌裝系統(tǒng)。 灌裝系統(tǒng)是由F和填料(tinlio)探測器D組成,檢測瓶子灌裝的進度。瓶子通過(tnggu)傳送帶到達填料的下方。當?shù)竭_規(guī)定(gudng)的容積，填料填滿瓶子，傳送機將它移走,并送來了新的空瓶子。 這個系統(tǒng)的HFSS模型在圖2中,矩形表示組件,圓圈表示輸入功能。一個箭頭表示組件。填料是數(shù)字比例控制器F組件。探測器d。瓶子是一個活動的組件,可以給出目前的體積的信息。輸送機模型化為執(zhí)行者,可以在系統(tǒng)中添加或刪除瓶子。一個

7、瓶子被填滿，模型拓撲結構表示由圖2所示。瓶子是一個積分器,作為接收輸入灌裝速度的控制器。 瓶子檢測器D收到信號，執(zhí)行的是填滿。然后執(zhí)行移走瓶子(png zi)，網(wǎng)絡拓撲變?yōu)閳D3。傳送機轉移時間后執(zhí)行插入新瓶子，模型拓撲結構再回到圖2。拓撲結構的變化對應地插入空瓶子和移走了填滿的瓶子。規(guī)定每個瓶子等價(dngji)于一個方程,這些變化相對應修改(xigi)方程描述的模型。 4個瓶子的體積在圖4給出.這個圖反映了動態(tài)拓撲(tu p)方法的使用。 4.切換(qi hun)系統(tǒng) 切換(qi hun)系統(tǒng)可以被廣泛地定義為由一組模型來表示的系統(tǒng)。在每一個系統(tǒng)切換的瞬間(shn jin)，在當前系統(tǒng)條件下

8、，只有一個活動的模型。例如，電路用二極管對于打開/關閉部件的組合，具有不同的模型。在這種情況下，通過改變每個組件的條件確定替代模型。當這些元素之一發(fā)生更改，新的電路被使用。 HFSS提供了一個自然框架(kun ji)用于代表切換系統(tǒng)。一個簡單的表達這些系統(tǒng)將需要開發(fā)(kif)一種網(wǎng)絡執(zhí)行者，為每一種情況選擇的適當?shù)哪Ｐ?。但是，如果模型被模塊化開發(fā)來實現(xiàn)(shxin)，可以有一個更好的表達。在這種情況下，我們可以利用處理當前和新的模型變化的優(yōu)勢。對于通用互連組件，這樣的模型可以變得更簡單高效。改變整體模型需求時保持一些組件，同時也減少了初始化操作的次數(shù)。 為了說明動態(tài)拓撲接近建模和仿真切換系統(tǒng)，

9、我們考慮的代表是簡化的半整流電路，在圖5中。該電路是由一個電容器C、電阻器R二極管D、一個電阻構成。二極管是一個非線性電子組件，被建模為一個具有兩個位置（開放式和封閉式）的開關。 圖6表示(biosh)該電路當時，對應二極管閉合(b h)的情況。 HFSS規(guī)范(gufn)中，允許代表和模擬的電路必須轉換為規(guī)范形式。相應(xingyng)的HFSS網(wǎng)絡表示在圖7中 封閉的二極管仿真模型(mxng)。給出描述的電路的方程 二極管D被替換為檢測組件(z jin)T，T負責當二極管交換狀態(tài)時發(fā)出信號。這個檢測器接收的差。執(zhí)行(zhxng)者然后(rnhu)交換到電路圖8，對應于開放二極管。 該電路具有

10、在所示的仿真模型在圖9，電流在電容器IC給出按： 新的模型可以從先前的模型中由編碼的差異獲得。因此，所有的組件停留這個狀態(tài)，僅僅是模式發(fā)生改變。先前的網(wǎng)絡差值出現(xiàn)在功能上的計算電壓D中。 從封閉(fngb)到開放的二極管的拓撲的變化，涉及積分器（不考慮影響因素V，并改變(gibin)相應的輸入功能）。相應的初始拓撲到閉合二極管，是通過將積分器的影響因素設定(sh dn)增加源V得到.模仿的結果表示在圖10。 5.無界元胞自動機 動態(tài)拓撲結構可以提供一個高效(o xio)非常大的系統(tǒng)的表達。這種情況(qngkung)，例如，無界元胞自動機在模擬森林火災(huzi)中使用。對于這些系統(tǒng)，可以通過保

11、持在模型中唯一的細胞取得的當前處于活動的狀態(tài)，獲得高效的內存利用率。 我們(w men)給出森林火災(huzi)的一個簡單的場景宣傳，在動態(tài)(dngti)的同等條件下使用拓撲元胞自動機。圖11（a）表明仿真開始時沒有細胞。在t=，在圖11（b），一個小區(qū)被點燃。此時自動機中只有一個單元是活躍的。模擬時鐘前進到下一個時間，T = 的時間。這時創(chuàng)建北、南、東方和西方的細胞，如圖所示11（c）。第一小區(qū)仍處于活動狀態(tài)，因為它仍然可以在其他細胞中點火。下一個事件的時候，在剩余的細胞周圍的出發(fā)時間細胞被點燃，為t= 時。這時NE，NW，創(chuàng)建SE和SW細胞，起始的細胞旁被刪除，因為它所有的鄰居都在燃燒，為在圖11（d）中示出。此過程，該細胞的數(shù)量是總體模型的細胞總數(shù)的一小部分。動態(tài)拓撲使可以模擬非常大的自動機。 6.結論(jiln)動態(tài)拓撲結構(jigu)提供了極具表現(xiàn)力和靈活(ln hu)性的構建(u jin)，以表示它接受自適應系統(tǒng)改變它們的結構。HFSS規(guī)范提供了一個框架，建模和仿真模型能夠代表隨著離散連續(xù)動態(tài)行為觸發(fā)改變模型的拓撲結構的事件。這些變化有廣泛的范圍，包括增加/去除模型和它們的相互聯(lián)系在模擬中的運行。在HFSS規(guī)范下，能夠代表任意改變模型的拓撲結構。HFSS提供這些顯然是一個統(tǒng)一的代表性不