مدل سازی سیستم های سایبری فیزیکی با سیمولینک MATLAB

مدل سازی سیستم های سایبری فیزیکی با Simulink متلب

سیستم های سایبری فیزیکی ، سیستم های کامپیوتری و فیزیکی را برای دستیابی به اهداف طراحی ترکیب می کنند. شبیه سازی سیستم های فیزیکی-سایبری به ترکیبی از تکنیک های مدل سازی مانند مدل سازی زمان پیوسته، زمان گسسته، رویداد گسسته و مدل سازی حالات متناهی نیاز دارد. ابزار Simulink و محصولات همراه آن عملکردی را برای اعمال طیف گسترده ای از تکنیک های مدل سازی و ادغام یکپارچه آنها در یک محیط شبیه سازی که برای مدل سازی سیستم های فیزیکی سایبری ایده آل است، ارائه می دهند.

در این مقاله آموزشی متلب مثال پیش رو نشان می دهد که چگونه تکنیک های مدل سازی زمان پیوسته، رویداد گسسته و حالت متناهی برای شبیه سازی رفتار یک سیستم تسمه نقاله با سرعت متغیر ترکیب می شوند. در ابزار SimEvents موجودیت ها موارد مجزای مورد نیاز در یک شبیه سازی رویداد گسسته هستند. از آنجایی که هر یک از مسافران در حال انتقال از نوار نقاله به صورت مجزا هستند، توسط موجودیت های SimEvents که توسط بلوک Entity Generator ایجاد شده، مدل سازی می شوند. چارت Stateflow حالت های عملیاتی و دینامیک موتور را از تسمه انتقال سرعت متغیر مدل می کند. در نهایت، بلوک تأخیر حمل و نقل موجودی، توان عملیاتی انتقال مسافران در حال انتقال از نوار نقاله را به عنوان تابعی از دینامیک تسمه نقاله مدل می کند و پلی بین حوزه های رویداد گسسته و زمان پیوسته ایجاد می کند.

ساختار مدل

اجزای کلیدی مدل

ورود مسافران

مدل ‌سازی ورود مسافران به عنوان فرآیند پواسون. خروجی دنباله ای از موجودیت های SimEvents است که مربوط به مسافرانی است که روی تسمه نقاله پا می گذارند. توزیع زمان بین ورود لامبدا تی است که یک فرآیند پواسون طبق فرمول زیر می باشد:

جایی که لامبدا نرخ ورود است. لامبدا (lambda) توسط یک عمل MATLAB در بلوک Entity Generator برای ساعت شلوغی، ساعت عادی و ساعت بیکاری مدل سازی می شود. نرخ ورود مسافر با زمان تغییر می کند:

تأخیر در انتقال

بر اساس تأخیر زمانی محاسبه شده توسط چارت Stateflow مسافران را تا رسیدن به پایانه دیگر روی تسمه نقاله نگه می دارد.

دینامیک نوار نقاله

عملکرد یک نوار نقاله با سرعت متغیر را مدل می کند. برای جزئیات بیشتر به بخش دینامیک تسمه نقاله مراجعه کنید.

داشبورد

وضعیت زمان اجرا تسمه نقاله را نشان می دهد. رنگ لامپ حالت تسمه نقاله را نشان می دهد.

دینامیک تسمه نقاله

چارت Stateflow دینامیک تسمه نقاله سرعت متغیر را مدل می کند. در چارت توجه داشته باشید که سرعت و قدرت تسمه بر اساس مقیاس لگاریتمی وزن بار رسم شده است. تسمه نقاله دارای این حالت ها است:

بیکار – وزن بار کم است. تسمه برای صرفه جویی در مصرف انرژی، سرعت پایینی را حفظ می کند. لامپ حالت در این حالت خاکستری است.

در صورت تقاضا – این حالت عملیاتی معمولی است که سرعت بهینه را برای راحتی و توان مسافر حفظ می کند. قدرت متناسب با وزن بار افزایش می یابد. چراغ حالت در این حالت سبز است.

حداکثر کارایی – این حالت حداکثر توان تسمه است، وزن بار برای تسمه نقاله برای حفظ سرعت بهینه بسیار زیاد است. تسمه نقاله با حداکثر سرعت ممکن کار می کند که از حداکثر توان تجاوز نمی کند. چراغ حالت در این حالت قرمز است.

نتایج شبیه سازی

اسکوپ و بلوک ها در داشبورد، نتایج شبیه سازی را نشان می دهند. نتایج شبیه سازی: 1. تعداد مسافران در مقابل زمان شبیه سازی. 2. سرعت (آبی) و توان (قرمز) در مقابل زمان شبیه سازی.

سه چرخه عملیاتی در بازه زمانی 900 مشاهده می شود. هر چرخه دارای یک دوره 300 است که با دوره نرخ رسیدن مطابقت دارد. نمودار بالا تعداد مسافران تسمه نقاله را در طول زمان نشان می دهد و نمودار پایین سرعت و قدرت تسمه نقاله را نشان می دهد. سرعت و قدرت برای تجسم بهتر نرمال شده است. دو سوم اول از هر دوره مربوط به ساعت شلوغی است و تعداد مسافران روی تسمه نقاله به طور چشمگیری افزایش می یابد. در نتیجه تسمه نقاله به سرعت وارد حالت Max می شود که با حداکثر توان خروجی با سرعتی که با تعداد مسافران نسبت معکوس دارد مشخص می شود. در سومین دور از هر دوره، فرودگاه در ساعت عادی پس از ساعت آزاد قرار می‌گیرد. بنابراین تعداد مسافران تسمه نقاله کاهش می یابد و حتی برای مدتی صفر می شود. تسمه نقاله بر این اساس در حالت تقاضا و بیکاری عمل می کند. در حالت تقاضا، سرعت روی یک مقدار پیش فرض قفل می شود و قدرت متناسب با تعداد مسافران است. در حالت آماده به کار، هم سرعت و هم قدرت در مقادیر پایین برای کاهش مصرف انرژی حفظ می شود. به طور کلی، تسمه نقاله با توجه به بار فرودگاه عمل می کند.

منبع: mathworks