一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法技术

本发明专利技术提出一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法，其具体内容着重于实现复用式的建模方法，输出产品不仅包括现阶段的建模方法所能够产出的可仿真的系统级模型，而且包括从元器件级、组件级到设备级的具备一定规模的模型与货架产品库。其中，各级别的模型产品的产出，源自于利用SysML建模工具进行需求分析和功能分解。SysML做出系统功能需求的解决方案的设计与拆解，并利用Simulink与Stateflow进行具体的建模方法实现，通过不同层级下的通用模型和专有模型的产品货架的建立，以实现模型的复用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法
本专利技术属于计算机建模与仿真领域，是一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法。
技术介绍
在如今的建模领域，基于文档的系统工程(TSE)依旧为大多数系统工程项目所使用。基于文档的系统工程依托于自然语言描述和文档交换进行开发工作。然而当前在航空航天等领域，产品电气化、智能化程度越来越高，产品复杂度的量级不断跃升，因此，基于文档的系统工程方法也越来越难以支撑大型项目的开发工作。基于文档的系统工程不仅程序复杂、文档繁多，沟通效率低且容易出现歧义。对于系统的开发与迭代，也十分不便利。例如，在开发过程中需要对于系统进行修正的时候，难以进行文档的全局排查与修改；难以进行系统的前期仿真验证。近年以来，随着国防事业的发展，国防装备的设计开发对于系统建模与仿真技术的需求激增，对于系统的复杂性也急剧增大。在现有开发模式下，国防装备的研制开发存在以下问题：第一，研制效率低下，研制周期过长，研发成本较高，对于装备的再次开发以及设计迭代的成本过高；第二，同种类型的装备没有形成规格化、系列化，导致不同型号间产品设计、生产各环节资源重复投入。在此背景下，迫切需要提升建模与仿真技术对于复杂大系统的支持，迫切需要提升建模与仿真技术的开发效率，减少研发周期，对于同类产品，迫切需要形成产品的规格化、系列化，提升系统模型的复用率，减少重复设计与开发。基于此，可探索构建复杂大系统的组件级复用式的产品货架，形成依托于系统架构和货架产品的开发模式。基于模型的系统工程(MBSE)，代表未来系统工程的发展方向，可以支撑复杂大系统的系统架构和货架产品的构建。基于模型的系统工程，利用V字型系统工程设计方法，通过左线的定义与分解，将系统进行从体系、系统、子系统到部件的层层拆解和分析，通过右线建立由部件到子系统、到系统、到体系的集成与验证工作。相比于基于文档的系统工程，基于模型的系统工程的区别在于，在开发过程中，不再依托于文档，而是依托于系统模型实现系统的设计、分析与验证工作。其主要产出物是一份集成、清晰并且一致的系统模型。在系统的开发过程中，基于统一系统模型的开发，增强了不同阶段和层级的追溯性，减少系统开发工作的团队交流成本，提高了系统开发效率，缩短了研发周期。SysML(SystemModelingLanguage，系统建模语言)，由对象管理组织(OMG)于2003年提出，是系统工程的标准建模语言，已经被越来越多的基于模型的系统工程项目所采用。SysML是一种图形建模语言，能够使结构、行为、需求和参数等系统设计的重要方面可视化，帮助工程师解决日益增长的系统复杂性问题，促进系统工程师之间跨学科的沟通。SysML不仅可以打通软件、硬件等具体设计领域，还可将需求、成本、项目管理等不同阶段的工程整合到一起，促进跨开发生命周期的沟通。SysML中的模型图共有9种，课大致分为3种类型。其中，模块定义图、内部模块图和包图属于结构图；活动图、序列图、状态机图和用例图属于行为图；参数图属于内部模块图；需求图自成一类。其中每种图的作用如下：模块定义图(BDD)：用于显示模型的结构组成以及各组成所用的模型元素之间的关系，以说明系统结构的信息。模块定义图中，模型元素包括模块、执行者、值类型、约束模块、流说明、接口等，结构关系包括关联、泛化和依赖。内部模块图(IBD)：表达各个模块的内部结构和组成部分，以及这些组成部分的合法配置，即模块属性之间的一系列特定连接。包图(PKG)：用于显示各种类型的元素和关系，以表达系统模型的组织方式。系统模型的组织方式由包的层级关系决定，包的层级关系将模型中的元素分配到逻辑上紧密相关的组中。活动图(ACT)：表达随着时间的推移，行为和事件的发生序列。活动图用于通过行为表示对象(事件、能量或者数据)的流动。序列图(SD)：利用生命线元素，表达系统模块的各个部分通过操作调用和异步信号进行彼此交互，强调了系统的行为描述。状态机图(STM)：关注于系统中的结构随着时间推进而发生的事件导致的状态改变。可通过状态机图描述系统层级关系中任何级别模块的行为。用例图(UC)：用于传递系统的一系列用例以及触发和参与用例的执行者。用例为系统提供的外部可见服务。参数图(PAR)：用于说明系统中的约束，以及向利益相关者传递这种约束。系统的约束，通常以数学模型的方式表示，决定运行系统中的一系列合法的值。需求图(REQ)：用于传达系统的各类需求，以及系统需求所表达的系统中的各类信息。需求可以利用文字表达，也可以利用图形化表达方式，即利用用例表达系统的功能性需求，利用约束表达式表达系统的非功能性需求。基于SysML语言和MBSE设计方法，可以支撑高复杂性大系统的需求分析、系统功能分析、构架分析、构架设计等阶段，最终输出产品的集成系统架构模型。SysML建模仅从顶层设计的角度完成了系统架构的设计，而对于系统架构的进一步设计实现，需要例如Modelica、Simulink等底层系统建模语言的支持。其中，Simulink是MATLAB的一部分。MATLAB(矩阵实验室)，是由Mathworks公司所开发的数学软件。MATLAB内内置有M语言(一种专用于矩阵等数值计算的高级编程语言)和与M语言配套的交互式环境,目前广泛被应用于热力学、控制、电气等学科领域。MATLAB主要包括M语言集成开发环境和Simulink两大部分。其中的Simulink属于一种组态建模工具。Stateflow状态机属于Simulink的一个扩展工具包。Simulink是一种可视化的组态建模设计工具，建模过程中，Simulink依靠给出的模型库的拖拽和连接，即可实现模型的搭建，具有操作简单、建模快速等特点。在Simulink中，不仅可以使用官方所给的大量基础模型库，并且可以通过插入SimulinkEmbeddedFunction，实现对于MATLAB已有的数千种函数和算法的调用。Stateflow属于Simulink中的组成之一，为Simulink提供了状态机的基本特性，包括状态转换图、状态转移图、流程图、状态转换表、状态转移表、真值表等。用户可通过Stateflow实现不同于Simulink的基于有限状态机的事件驱动模型。基于Stateflow的状态机可以作为Simulink的一个模型图元，因此Stateflow搭建的事件驱动模型可以封装在Simulink模型内进行仿真，成为其组成部件之一。相类似的，基于Simulink的模型系统也可以包含在Stateflow模型内的一个Subsystem内。从此意义上讲，Simulink和Stateflow可以相互嵌套使用，以支持更为复杂的系统逻辑的开发。Simulink与Stateflow对于航空航天领域也有较多的支持。在Simulink中官方置入有AerospaceBlockset和AerospaceToolbox等与航空航天领域相关的工具箱以支持相关领域建模开发。S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法，其特征在于，利用通用模型和专有模型的大量产出，形成通用模型和专有模型的模型库，该模型库按照模型类型分为导弹元器件级、组件级、设备级三个层级，每一层级的模型库即该层级的产品货架；基于产品货架，利用Simulink与Stateflow工具实现复用式的导弹建模，具体步骤包括：/n步骤S1，基于SysML对于导弹以顶层设计的角度，进行设备级和组件级模块化拆分，并设计出组件之间的良好接口与界面，保证组件之间接口对应；/n步骤S2，基于Simulink对于导弹进行元器件级、组件级和设备级建模，实现内部解算，预留重要通用模型参数，形成通用模型；元器件级、组件级、设备级任一级中的同一种类模型内部解算的不同解决方案实现不同的通用模型，形成该种类通用模型系列；/n步骤S3，利用不同的设计要求，得出模型的大量不同的具体设计参数，利用这些具体设计参数对通用模型的预留参数接口进行填充，一个通用模型有不同设计参数，以解决不同设计指标，实现一个通用模型产出大量专有模型，形成专有模型库；/n步骤S4，利用Stateflow与Simulink结合的方法，通过Simulink设备级、组件级、元器件级专有模型，建立仿真模型，进行最终的仿真与测试；/n其中，步骤S4,利用Stateflow与Simulink结合的方法，通过Simulink设备级、组件级、元器件级专有模型，建立仿真模型，进行最终的仿真与测试，具体包括如下步骤：/n步骤S4.1，以顶层状态设计的角度，定义设备级状态；/n步骤S4.2，依据项目需求和指标，利用通用模型和专有模型库中的模型，重新制作成Simulink形式的设备级专有模型,并加入到设备级状态中，即封装到Stateflow中的Simulink Function模块中；/n步骤S4.3，设计各设备级状态的Simulink Function模块的初始化函数，形成系统级仿真模型。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法，其特征在于，利用通用模型和专有模型的大量产出，形成通用模型和专有模型的模型库，该模型库按照模型类型分为导弹元器件级、组件级、设备级三个层级，每一层级的模型库即该层级的产品货架；基于产品货架，利用Simulink与Stateflow工具实现复用式的导弹建模，具体步骤包括：
步骤S1，基于SysML对于导弹以顶层设计的角度，进行设备级和组件级模块化拆分，并设计出组件之间的良好接口与界面，保证组件之间接口对应；
步骤S2，基于Simulink对于导弹进行元器件级、组件级和设备级建模，实现内部解算，预留重要通用模型参数，形成通用模型；元器件级、组件级、设备级任一级中的同一种类模型内部解算的不同解决方案实现不同的通用模型，形成该种类通用模型系列；
步骤S3，利用不同的设计要求，得出模型的大量不同的具体设计参数，利用这些具体设计参数对通用模型的预留参数接口进行填充，一个通用模型有不同设计参数，以解决不同设计指标，实现一个通用模型产出大量专有模型，形成专有模型库；
步骤S4，利用Stateflow与Simulink结合的方法，通过Simulink设备级、组件级、元器件级专有模型，建立仿真模型，进行最终的仿真与测试；
其中，步骤S4,利用Statefl...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖瑾，李夏童，刘雷，王月明，胡晓光，段海滨，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11