Simulazione di sistemi non lineari Introduzione a Stateflow
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- Alberto Boni
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1 Simulazione di sistemi non lineari Introduzione a Stateflow Gianmaria De Tommasi 1 1 Università degli Studi di Napoli Federico II detommas@unina.it Ottobre 2012 Corsi AnsaldoBreda G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
2 Outline 1 Introduzione 2 Elementi di un grafo Stateflow 3 Ciclo di sviluppo 4 G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
3 Stateflow Introduzione Stateflow è un tool grafico per la progettazione di sistemi ad eventi (event-driven systems) G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
4 Stateflow Introduzione Stateflow è un tool grafico per la progettazione di sistemi ad eventi (event-driven systems) utilizza un linguaggio grafico che permette di rappresentare macchine a stati finiti (automi) G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
5 Stateflow Introduzione Stateflow è un tool grafico per la progettazione di sistemi ad eventi (event-driven systems) utilizza un linguaggio grafico che permette di rappresentare macchine a stati finiti (automi) In particolare con un grafo Stateflow (chart) è possibile definire gli ingressi e le uscite del sistema G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
6 Stateflow Introduzione Stateflow è un tool grafico per la progettazione di sistemi ad eventi (event-driven systems) utilizza un linguaggio grafico che permette di rappresentare macchine a stati finiti (automi) In particolare con un grafo Stateflow (chart) è possibile definire gli ingressi e le uscite del sistema specificare gli eventi che determinano l evoluzione dello stato G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
7 Stateflow Introduzione Stateflow è un tool grafico per la progettazione di sistemi ad eventi (event-driven systems) utilizza un linguaggio grafico che permette di rappresentare macchine a stati finiti (automi) In particolare con un grafo Stateflow (chart) è possibile definire gli ingressi e le uscite del sistema specificare gli eventi che determinano l evoluzione dello stato specificare delle azioni associate sia agli stati che alle transizioni (macchina di Moore, macchine di Mealy) G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
8 Stateflow Introduzione Stateflow è un tool grafico per la progettazione di sistemi ad eventi (event-driven systems) utilizza un linguaggio grafico che permette di rappresentare macchine a stati finiti (automi) In particolare con un grafo Stateflow (chart) è possibile definire gli ingressi e le uscite del sistema specificare gli eventi che determinano l evoluzione dello stato specificare delle azioni associate sia agli stati che alle transizioni (macchina di Moore, macchine di Mealy) definire una relazione gerarchica tra grafi G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
9 Stateflow Introduzione Stateflow è un tool grafico per la progettazione di sistemi ad eventi (event-driven systems) utilizza un linguaggio grafico che permette di rappresentare macchine a stati finiti (automi) In particolare con un grafo Stateflow (chart) è possibile definire gli ingressi e le uscite del sistema specificare gli eventi che determinano l evoluzione dello stato specificare delle azioni associate sia agli stati che alle transizioni (macchina di Moore, macchine di Mealy) definire una relazione gerarchica tra grafi avere più stati che evolvono in parallelo G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
10 Stateflow & Simulink Introduzione I grafi Stateflow (chart) vengono richiamati come blocchi all interno di uno schema Simulink G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
11 Stateflow & Simulink Introduzione I grafi Stateflow (chart) vengono richiamati come blocchi all interno di uno schema Simulink I collegamenti tra un blocco Stateflow e altri blocchi si effettua attraverso gli ingressi e le uscite G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
12 Stateflow & Simulink Introduzione I grafi Stateflow (chart) vengono richiamati come blocchi all interno di uno schema Simulink I collegamenti tra un blocco Stateflow e altri blocchi si effettua attraverso gli ingressi e le uscite Lo sviluppo dei grafi Stateflow può essere fatto indipendentemente da Simulink G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
13 Stateflow & Simulink Introduzione I grafi Stateflow (chart) vengono richiamati come blocchi all interno di uno schema Simulink I collegamenti tra un blocco Stateflow e altri blocchi si effettua attraverso gli ingressi e le uscite Lo sviluppo dei grafi Stateflow può essere fatto indipendentemente da Simulink L editor di Stateflow comprende anche un debugger, con il quale è possibile simulare il funzionamento del grafo prima di integrarlo un Simulink G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
14 Stateflow & Simulink Introduzione I grafi Stateflow (chart) vengono richiamati come blocchi all interno di uno schema Simulink I collegamenti tra un blocco Stateflow e altri blocchi si effettua attraverso gli ingressi e le uscite Lo sviluppo dei grafi Stateflow può essere fatto indipendentemente da Simulink L editor di Stateflow comprende anche un debugger, con il quale è possibile simulare il funzionamento del grafo prima di integrarlo un Simulink Durante la simulazione è possibile animare il grafo per seguirne l evoluzione G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
15 Il blocco Chart di Stateflow Introduzione Per inserire un grafo Stateflow in uno schema Simulink si deve utilizzare il blocco Chart contenuto nella libreria Stateflow di Simulink G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
16 Elementi di un grafo Stateflow Exclusive state (OR state) OR state Rappresentano stati mutuamente esclusivi. In un grafo Stateflow non ci possono essere due o più OR state attivi nello stesso istante. G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
17 Elementi di un grafo Stateflow Parallel state (AND state) AND state Rappresentano stati di un grafo Stateflow che possono essere eseguiti contemporaneamente (in parallelo). G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
18 Transizioni Elementi di un grafo Stateflow Transizioni Collegano gli stati tra di loro. G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
19 Transizioni di default Elementi di un grafo Stateflow Transizioni di default Specifica l OR state attivo per default. G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
20 Elementi di un grafo Stateflow Azioni, Condizioni ed Eventi Azioni Azioni eseguite in base al particolare stato di attivazione di uno stato G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
21 Elementi di un grafo Stateflow Azioni, Condizioni ed Eventi Azioni Azioni eseguite in base al particolare stato di attivazione di uno stato Condizioni Espressioni booleane associate alle transizioni che ne determinano l attivazione (scatto) G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
22 Elementi di un grafo Stateflow Azioni, Condizioni ed Eventi Azioni Azioni eseguite in base al particolare stato di attivazione di uno stato Condizioni Espressioni booleane associate alle transizioni che ne determinano l attivazione (scatto) Eventi Condizioni che determinano la partenza di particolari attività associate al grafo Stateflow G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
23 Ciclo di sviluppo Ciclo di sviluppo di un grafo Stateflow G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
24 Sistema di condizionamento dell aria Costruiremo un grafo Stateflow che mantiene la temperatura in un impianto industriale a 27 o. G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
25 Sistema di condizionamento dell aria Costruiremo un grafo Stateflow che mantiene la temperatura in un impianto industriale a 27 o. Il controllore gestisce due ventole. G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
26 Sistema di condizionamento dell aria Costruiremo un grafo Stateflow che mantiene la temperatura in un impianto industriale a 27 o. Il controllore gestisce due ventole. La prima viene accesa se la temperatura supera i 27. G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
27 Sistema di condizionamento dell aria Costruiremo un grafo Stateflow che mantiene la temperatura in un impianto industriale a 27 o. Il controllore gestisce due ventole. La prima viene accesa se la temperatura supera i 27. La seconda ventola addizionale viene accesa se la temperatura supera i 30. G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
28 Impianto Modello matematico Ṫ = K T (T ext T ) + K cool (T ext T ) con K T = 0.7. K cool = 0.5 se la prima ventola è accessa e K cool = 1 se entrambe le ventole sono accese. G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
29 Sottosistema Impianto Industriale Selezionare lo schema Simulink dell impanto e creare un sottosistema utilizzando il menù Create subsystem G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
30 Definizione dell interfaccia con Simulink G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
31 Variabili di interfaccia con Simulink Variabile d ingresso > Temperatura T G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
32 Variabili di interfaccia con Simulink Variabile d ingresso > Temperatura T Add -> Data -> Input from Simulink G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
33 Variabili di interfaccia con Simulink Variabile d ingresso > Temperatura T Add -> Data -> Input from Simulink Variabile d uscita > K cool G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
34 Variabili di interfaccia con Simulink Variabile d ingresso > Temperatura T Add -> Data -> Input from Simulink Variabile d uscita > K cool Add -> Data -> Output to Simulink G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
35 Definizione degli stati del grafo G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
36 Definizione degli stati del grafo Definire gli stati esclusivi (drag and drop) G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
37 Definizione degli stati del grafo Definire gli stati esclusivi (drag and drop) Definire gli stati paralleli (Decomposition -> Parallel (AND) + drag and drop) G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
38 Definizione degli stati del grafo Definire gli stati esclusivi (drag and drop) Definire gli stati paralleli (Decomposition -> Parallel (AND) + drag and drop) Definire gli stati esclusivi all interno degli stati paralleli (Decomposition -> Exclusive (OR) + drag and drop) G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
39 Definizione degli stati del grafo Definire gli stati esclusivi (drag and drop) Definire gli stati paralleli (Decomposition -> Parallel (AND) + drag and drop) Definire gli stati esclusivi all interno degli stati paralleli (Decomposition -> Exclusive (OR) + drag and drop) Ordinamento esplicito dell esecuzione degli stati paralleli Nel menù File -> Chart properties selezionare User specified state/transition execution order. G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
40 Definizione degli stati del grafo Definire gli stati esclusivi (drag and drop) Definire gli stati paralleli (Decomposition -> Parallel (AND) + drag and drop) Definire gli stati esclusivi all interno degli stati paralleli (Decomposition -> Exclusive (OR) + drag and drop) Ordinamento esplicito dell esecuzione degli stati paralleli Nel menù File -> Chart properties selezionare User specified state/transition execution order. Assegnare gli ordini con il tasto destro Execution Order G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
41 Grafo Stateflow G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
42 Azioni e delle varaibili associate agli stati G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
43 Tipi di azioni associabili agli stati entry - eseguita quando si entra in uno stato - eseguita una sola volta G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
44 Tipi di azioni associabili agli stati entry - eseguita quando si entra in uno stato - eseguita una sola volta during - eseguita quando uno stato è attivo - eseguita ad ogni passo di simulazione G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
45 Tipi di azioni associabili agli stati entry - eseguita quando si entra in uno stato - eseguita una sola volta during - eseguita quando uno stato è attivo - eseguita ad ogni passo di simulazione exit - prima di uscire da uno stato - eseguita una sola volta G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
46 Tipi di azioni associabili agli stati entry - eseguita quando si entra in uno stato - eseguita una sola volta during - eseguita quando uno stato è attivo - eseguita ad ogni passo di simulazione exit - prima di uscire da uno stato - eseguita una sola volta La funzione in La funzione in(nome_stato) restituisce true (1) se nome_stato è attivo G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
47 Grafo Stateflow G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
48 Definizione delle transizioni tra gli stati G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
49 Definizione delle transizioni Utilizzando l editor grafico (drag and drop) Definire le transizioni tra i vari stati esclusivi (OR-state) G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
50 Definizione delle transizioni Utilizzando l editor grafico (drag and drop) Definire le transizioni tra i vari stati esclusivi (OR-state) Definire la transizione di default verso lo stato iniziale per ogni gruppo di OR-state inclusi in un AND-state G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
51 Condizioni sulle transizioni Ad ogni transizione deve essere associata una condizione booleana G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
52 Condizioni sulle transizioni Ad ogni transizione deve essere associata una condizione booleana Se la condizione dipende dalle variabili d interfaccia con Simulink la sintasi da utilizzare è [condizione] G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
53 Condizioni sulle transizioni Ad ogni transizione deve essere associata una condizione booleana Se la condizione dipende dalle variabili d interfaccia con Simulink la sintasi da utilizzare è [condizione] Se la condizione dipende da un evento esterno definire l evento dal menù Add -> Event -> Input from Simulink utilizzare la sintassi nome_evento G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
54 Condizioni sulle transizioni Ad ogni transizione deve essere associata una condizione booleana Se la condizione dipende dalle variabili d interfaccia con Simulink la sintasi da utilizzare è [condizione] Se la condizione dipende da un evento esterno definire l evento dal menù Add -> Event -> Input from Simulink utilizzare la sintassi nome_evento Definire l evento ON_OFF - Selezionare Trigger: Either G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
55 Grafo Stateflow G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
56 Scelta dell evento di trigger per il grafo G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
57 Eventi di trigger di un grafo Stateflow Durante una simulazione Simulink esegue un grafo Stateflow con un passo di campionamento fisso definito dall utente G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
58 Eventi di trigger di un grafo Stateflow Durante una simulazione Simulink esegue un grafo Stateflow con un passo di campionamento fisso definito dall utente quando si verifica un particolare evento di trigger G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
59 Eventi di trigger di un grafo Stateflow Durante una simulazione Simulink esegue un grafo Stateflow con un passo di campionamento fisso definito dall utente quando si verifica un particolare evento di trigger utilizzando un segnale di comando proveniente da un altro grafo Stateflow G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
60 Eventi di trigger di un grafo Stateflow Durante una simulazione Simulink esegue un grafo Stateflow con un passo di campionamento fisso definito dall utente quando si verifica un particolare evento di trigger utilizzando un segnale di comando proveniente da un altro grafo Stateflow Quindi gli eventi di trigger vengono utilizzati per definire quando un grafo Stateflow deve essere eseguito durante la simulazione. G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
61 Eventi di trigger di un grafo Stateflow Durante una simulazione Simulink esegue un grafo Stateflow con un passo di campionamento fisso definito dall utente quando si verifica un particolare evento di trigger utilizzando un segnale di comando proveniente da un altro grafo Stateflow Quindi gli eventi di trigger vengono utilizzati per definire quando un grafo Stateflow deve essere eseguito durante la simulazione. Definire l evento CLOCK - Selezionare Trigger: Either G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
62 Creazione degli eventi ON_OFF e CLOCK - 1 Aggiungere un blocco Sources > Signal Builder nello schema Simulink G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
63 Creazione degli eventi ON_OFF e CLOCK - 2 Definire il segnale di trigger CLOCK come un onda quadra con frequenza 10 Hz, ampiezza 1, offset 1 e duty cycle 50 %. Definire l evento ON_OFF come in figura G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
64 Simulazione del grafo G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
65 Simulazione G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
66 Debug del grafo G. De Tommasi (UNINA) Introduzione a Stateflow Napoli - Ottobre / 33
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