Simulink/Stateflow仿真原理和实现的研究

摘要

随着工业自动化水平的迅速提高和计算机在工业领域的广泛应用，组态软件在工业控制系统中有非常重要的地位。组态的概念是随着分布式控制系统的出现而引入工业控制领域，它提供了一套搭积木方式的构造控制过程与界面的方法。组态软件的特点包括实时多任务、开放式接口、使用灵活、运行可靠等。
　　在当前控制领域中，使用基于MATLAB平台的Simulink/Stateflow组态仿真开发环境进行系统建模仿真已成为主流。不同于传统工控组态软件，这种基于模型的开发方法具有更好的通用性。该开发环境提供了以矩阵和向量计算为重点的数值分析可视化开发环境。Simulink提供了面向方框图的开发环境来完成动态系统组态开发和仿真，而Stateflow使用流程图和状态转换图来开发基于层次状态机的事件驱动系统。
　　Stateflow通过生成S-function Agent和Simulink实现无缝连接，两者可结合构建复杂系统的仿真模型。另外，Real-Time Workshop和Stateflow Coder结合可以生成Simulink和Stateflow模型的C代码。基于此特性，用户可交互式调整和检测代码，以及和MATLAB、Simulink环境以外的代码交互运行。用户还可以把生成的代码作为非实时或实时应用程序使用，包括加速仿真、快速原型化和硬件在回路仿真测试。系统仿真技术是以相似原理、控制理论、计算技术和各领域专业技术为理论基础，利用系统模型对实际或虚拟系统进行动态实验研究的综合性技术。
　　本课题首先介绍了Simulink/Stateflow模型的组态建模要素与机制，并分析了系统仿真原理以及动态系统仿真过程。然后，结合组态技术和Simulink/Stateflow原型化程序框架，对组态仿真系统进行了设计和实现，该系统包括图形组态系统、仿真策略解释系统和数据库系统三部分。图形组态系统包括图元界面生成模块、图元数据管理模块和动画连接模块。对于仿真系统，除了实现部分仿真算法，还对仿真运行过程以及模块排序机制进行了分析与实现。最后，针对Stateflow状态图提出了一种基于量子框架的实现思路。

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第一章引言

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3课题来源

1.4课题的研究内容

第二章Simulink/Stateflow组态仿真机制的概述

2.1组态软件基础

2.2 MATLAB概述

2.3 Simulink机制概述

2.4 Stateflow机制概述

2.5仿真原理概述

第三章组态仿真系统的总体设计

3.1组态仿真系统的基本功能

3.2组态仿真系统的总体设计框架

3.3开发工具与平台

第四章图形组态系统的设计与实现

4.1图形组态模块的设计

4.2图形组态模块的实现

4.3测试与总结

第五章仿真策略解释系统的分析与实现

5.1仿真算法的分析与实现

5.2仿真运行机制的分析

5.3仿真运行机制的实现

5.4 Stateflow机制分析与实现思路

5.5测试与总结

第六章总结与展望

致谢

参考文献