【正文】 系統(tǒng)中，并對其比較分析。 第 5章，完成一個控制系統(tǒng)的控制功能。這一章就對我們所需要控制的系統(tǒng)做出詳細(xì)說明。特別對這次工作的重點(diǎn) 電子控制單元 ECU 做出詳細(xì)介紹。MC9S12DP256微控制器在汽車變速器控制中的應(yīng)用。 第 6章 ,自動變速器控制系統(tǒng)中各電氣元器件的介紹及電路圖的設(shè)計(jì)。 第 7章，對論文工作情況和成果進(jìn)行總結(jié)。 蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2 混雜系統(tǒng)分析 混雜系統(tǒng)理論概況 混雜系統(tǒng)理論的應(yīng)用情況 自從 80 年代初 DES 開始被人們接受其作為一個新興學(xué)科分支以柬，大家就十 分關(guān)， D 它究竟有何用處 ?能解決些什么樣的問題 ?在每次會議或出版書于Ⅱ中都特別注意介紹其有關(guān)應(yīng)用的情況 。 “史前” 的應(yīng)用自不待言。例如通訊 (電話 )交通等公共服務(wù)系統(tǒng)涉及的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)電路、可編程邏輯控制器 (PLC)等邏輯綜合問題，系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)中的調(diào)度規(guī)劃、 PERT 等技術(shù)，工廠管理中生產(chǎn)計(jì)劃及調(diào)度等等，至今仍是重要的應(yīng)用領(lǐng)域，而且由于計(jì)算機(jī)的使用，自動化要求的提高，更需要理論分析和實(shí)時有效的算法實(shí)現(xiàn)，它們對 DES 的研究仍然起著重要的推動作用。 計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)對 DES 理論的需求也是早已有之。事實(shí)上許多模型和方法如自動機(jī)／形式語言、 Petri 網(wǎng)、通訊序貫過程、大型復(fù)雜程序的編制和檢驗(yàn)方法等等，都是先由計(jì)算機(jī)科學(xué)家提出 ，而后被移植并推廣用于一般的 DES?！坝?jì)算機(jī)系統(tǒng)品質(zhì)評估”已經(jīng)成為一個專門的分支，而排隊(duì)論或隨機(jī) Petri 網(wǎng)被認(rèn)為是最重要的方法之一。 Murata 在他的著名綜述 118J 中概括了 Petri 網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，包括： 1．成功應(yīng)用：系統(tǒng)品質(zhì)評估和通訊協(xié)議設(shè)計(jì)； 2．很有前途的應(yīng)用：分布式軟件系統(tǒng)的建模和分析，離散事件系統(tǒng)，分布式數(shù)據(jù)庫，并發(fā)和平行程序，柔性制造和工業(yè)控制系統(tǒng)，多處理器存儲系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫汁算系統(tǒng)，容錯系統(tǒng)，可編程邏輯和 VLSl 陣列，異步電路和結(jié)構(gòu)，匯編和操作系統(tǒng)，辦公室信息系統(tǒng)，形式語言等； 3．可能的應(yīng) 用；計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，法律系統(tǒng)，人類因素，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字濾波，決策模型。 1991 年 6 月 ACC 會議之后，在麻州 Amherst 舉行了一個 DEDS(動態(tài)離散系統(tǒng) )討論會 ，其中介紹了若干應(yīng)用例： 1． FMS 的生產(chǎn)流量控制和切換調(diào)度 (Caramanis)，包括遞階層次分群、 HP型流量控制和分布式反饋調(diào)度； 2． (g， S)庫存系統(tǒng)擾動分析 (M， Fu)； 3．智能車輛／公路系統(tǒng)的機(jī)動編隊(duì)協(xié)議 (varaiya)； 4．順序電路設(shè)計(jì)和一個印刷電路板車間控制器綜合 (Ozverenj： 5．半導(dǎo)體牛產(chǎn)的基于交貨期和緩沖區(qū)優(yōu)先級的 分布式調(diào)度 (Kumar) 6．基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的動態(tài)性質(zhì)的校驗(yàn) (Passino)，其靜態(tài)問題是對知識庫中規(guī)則的相容 (無冗余、無矛盾 )性、完備性等等的檢驗(yàn)，動態(tài)問題則是其推理、判斷過程與系統(tǒng)動態(tài)要求的匹配； 7． 種多功能半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備 Rapid Thermal Multiprocessor的 DEDS控制(Ballemi)。傳統(tǒng)工藝是硅片在幾十臺機(jī)器中旅行，完成幾百道加 [。現(xiàn)改為一臺具多處理功能的設(shè)備可按邏輯順序完成所有任務(wù)，避免了裝卸、傳送等問題。他們基本上采用 Ramp。W的理論框架，但在控制方式、計(jì)算復(fù)雜性等方 面做了較大改進(jìn)，由此導(dǎo)出一種微工廠 (MF)的概念，其中核心是一種控制編程環(huán)境，用以支持實(shí)時多任務(wù)控制系統(tǒng)的快速開發(fā)和可靠的 CAD。 蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 混雜系統(tǒng)理論對自動變速器系統(tǒng)的指導(dǎo)意義 電控自動變速器系統(tǒng)，就是一個典型的混雜系統(tǒng)。對于汽車而言，在馬路上行駛，不可能是不停頓的行駛，也不可能是不會動的停止。尤其是在城市中，遇到紅灼‘，橫穿馬路的行人，塞車等情況是非常普遍的。而對路況而言，也不可能是一路平地，總會遇到上坡段，下坡段，有些地方會出現(xiàn)汽渡，收費(fèi)亭，轉(zhuǎn)彎，大橋等特殊情況。針對駕駛員而占，在駕駛一輛汽車行駛 中，難免會出現(xiàn)要超車，倒車，啟動，停車等操作。在汽車行駛這 1整個過程中，汽車發(fā)動機(jī)處于運(yùn)行的狀態(tài)，是實(shí)際的連續(xù)過程。但是，駕駛員會通過油門，剎車，離合器。方向盤等來對汽車進(jìn)行操作。對踩剎車這一動作，并不是一直踩，或者一直不踩。從控制系統(tǒng)的角度，這就是一個間斷的離散的處理動作。對油門而言，汽車在運(yùn)行中，駕駛員要一直踩油門。但是遇到紅燈，或者行人時，必須踩剎車。因此，踩油門這一動作也不是連續(xù)的，是間斷的離散處理。 混雜系統(tǒng)建模 混雜系統(tǒng)建模的一般方法 在混雜系統(tǒng)研究中，人們引進(jìn)不同的模型，大都 是用一組常微分方程來描述出于不同領(lǐng)域和研究目的，對離散特性及離散與連續(xù)部分接口的描述方式不盡相同，有各自獨(dú)特的機(jī)構(gòu)。 混雜系統(tǒng)按其“離散”和“連續(xù)”部分的耦合程度和方式可以分為兩大類?！愂菍哟涡突蛘唏詈系?，其連續(xù)過程和離散事件過程大體可以分開，通過 個接口互相耦合。連續(xù)部分的運(yùn)動可以用傳統(tǒng)的微分／差分方程來描述，僅在達(dá)到某些條件時，由符號量 (事件 )控制而改變運(yùn)動模式。這類系統(tǒng)是極普遍地，最常見的如邦一邦控制、變結(jié)構(gòu)控制，復(fù)雜系統(tǒng)的啟動、停車，對連續(xù)過程的調(diào)度、監(jiān)控等。另一類系統(tǒng)稱為關(guān)系型或緊耦合的，其中兩 種運(yùn)動模式交互作用、密不可分，控制器同時處理并發(fā)出符號量和連續(xù)量兩種信息。這類系統(tǒng)從本質(zhì)上需要一種能同時處理兩類信息的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。典型的例子如計(jì)算機(jī)磁盤讀取，其尋跡和譯碼過程是混在一起的。又如數(shù)據(jù)通訊中連續(xù)信號和離散信號也是“混編”處理的。這類系統(tǒng)可以說是“本質(zhì)混雜”的，處理起來要難的多。 下面給出分層遞階混雜系統(tǒng)模型，這也是一種典型的混雜系統(tǒng)模型，如圖2． 1所示 。由圖中可看出混雜系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成： (1)被控對象部分，一般用微分方程描述，其動態(tài)行為模式根據(jù)上層離散事件動態(tài)系統(tǒng)輸出的控制指令發(fā)生改變； (2)控制器部分：一般用自動豐幾、 Pelri 網(wǎng)、馬爾可夫過程或某種邏輯程序語言來描述。 (3)接 El部分：主要完成控制器和被控對象之間的信息交換任務(wù)，因此，有時也稱為接口信息解釋器。這部分由執(zhí)行器和發(fā)生器組成。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 分層遞階混雜系統(tǒng)模型 被控對象連同發(fā)生器和執(zhí)行器，其行為特性就如同一個離散事件系統(tǒng)，通過執(zhí)行器接受符號指令并通過發(fā)生器來產(chǎn)生符號指令，這種情況有點(diǎn)像一個連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)加裝一個零階采樣保持器，而其整體看起來就像一個離散事件系統(tǒng)。因此把包括被控對象執(zhí)行器和發(fā)生器在內(nèi)的部分稱為離散事件部分，而整個模型 總稱為離散事件系統(tǒng)對象模型。對混雜系統(tǒng)的模型的處理方法可大致分為兩類：“聚合” (aggregation)和 “延拓” (continuation)。“聚合”法將整個系統(tǒng)斤成離散事件動態(tài)系統(tǒng) (如自動機(jī) )的某種擴(kuò)展，只考慮系統(tǒng)的聚合動態(tài)特性，通過對連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間進(jìn)行分區(qū)來實(shí)現(xiàn)。“延拓”法將整個系統(tǒng)當(dāng)作一個微分廳程 (組 )來處理，實(shí)現(xiàn)方式：或?qū)㈦x散活動“嵌入”常微分方程，或?qū)㈦x散活動看作微分方程的干擾 (如未建模動態(tài)特性、慢變系統(tǒng)等 )或者獨(dú)立的連續(xù)系統(tǒng)。這兩種方法都過于保守 。 為了進(jìn)一步分析混雜系統(tǒng)，歸納其一般特點(diǎn)如下 ： 1．系統(tǒng)存在性質(zhì)不同的連續(xù)和離散兩類變量。在每一個運(yùn)行模態(tài)下，混雜系統(tǒng)的局部連續(xù)動態(tài)遵循某一受連續(xù) (或離散 )事件驅(qū)動的連續(xù)變量動態(tài)系統(tǒng)CVDS)演化規(guī)律，當(dāng)某使能條件滿足時，激活運(yùn)行模態(tài)轉(zhuǎn)移事件。模念轉(zhuǎn)移事件的使能條件由系統(tǒng)連續(xù)狀態(tài)描述、或由系統(tǒng)離散狀態(tài)確定、或依賴于系統(tǒng)混雜狀態(tài)。而離散狀態(tài)的變化又改變著連續(xù)變量服從的動態(tài)規(guī)律。局部狀態(tài)的混雜性質(zhì)是混雜系統(tǒng)統(tǒng)一的本質(zhì)刻畫。 2．混雜控制系統(tǒng)的研究起源于以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的混雜控制系統(tǒng)，由于混雜控制系統(tǒng)的對象、環(huán)境和任務(wù)的復(fù)雜性，由于關(guān)聯(lián)動態(tài)的多樣性和并發(fā) 分布式，其控制模態(tài)的轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)是分布式的。 即使被控對象是集中式表示，在運(yùn)行模態(tài)轉(zhuǎn)移層，各種諧調(diào)約束、安全約束的存在決定了模態(tài)轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)的分布式。 3．離散事件發(fā)生在離散時刻，具有順序、選擇、并發(fā)的特色，狀態(tài)呈階段性、間歇性跳躍變化，動態(tài)特征顯著。 4．對系統(tǒng)的控制表現(xiàn)為對離散和連續(xù)狀態(tài)的集成控制。對系統(tǒng)的優(yōu)化表現(xiàn)為定性和定量雙重指標(biāo)下的集成優(yōu)化。 目前國際控制界關(guān)于混雜系統(tǒng)的建模方法主要有以下幾種：①基于層次結(jié)構(gòu)的模型；②基于邏輯轉(zhuǎn)換的模型；③基于自動機(jī)、 Peri 網(wǎng)的模型；④基于混合邏輯動態(tài)系統(tǒng) MLD(Mixed Digital Dynamic)的模型。 層次結(jié)構(gòu)模型 I” ]是最早由 Antsalis等提出用來分析混雜系統(tǒng)的一種方法：蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 系統(tǒng)模型可分為三部分：離散事件部分、接口界面部分和連續(xù)動態(tài)部分。離散事件部分包括對象的離散狀態(tài)、對混雜對象的事件驅(qū)動、混雜對象的狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)等，為一個確定的自動機(jī)模型。接口界面部分：事件生成器 (generator)將連續(xù)變量轉(zhuǎn)化為離散變量，執(zhí)行器 (actor)將離散變量轉(zhuǎn)換為受控對象的連續(xù)輸入信號；連續(xù)動態(tài)部分指對象的連續(xù)動力學(xué)方程的描述。由動態(tài)元件組成操作層，由邏輯／離散元件組成管理 層。低層的連續(xù)控制器檢驗(yàn)每一動態(tài)子系統(tǒng)，以提供標(biāo)淮的跟蹤特性； l二級的離散控制器監(jiān)控、解決沖突、執(zhí)行計(jì)劃安排等任務(wù)。層次模型的基本結(jié)構(gòu)如圖 2． 2所示。 圖 層次結(jié)構(gòu)模型圖 電控自動變速器混雜系統(tǒng)模型 對于實(shí)際研究的自動變速器這一混雜系統(tǒng)，必須建立模型對其分析，具體分析見第 4章的詳細(xì)說明。根掘混雜系統(tǒng)理論中有關(guān)建模的方法，這里采用層次結(jié)構(gòu)模型。將系統(tǒng)分為連續(xù)控制模型和離散控制模型，各自有相應(yīng)的輸入接口，輸出接口。如圖 。 圖 由上圖可以看到，轉(zhuǎn)速，車速 ，油溫，節(jié)氣門等都是連續(xù)的信號，而多功能開關(guān)屬于丌天量信號，或者屬于數(shù)字信號。對于輸出一端而言， PWM 波屬于連續(xù)信號，電磁閥的各種信號屬于數(shù)字信號。把系統(tǒng)的連續(xù)信號和離散信號分開討論，并且不存在耦合情況。頂端是駕駛員外加的控制信號，如踩剎車，加大油門等一系列對汽車操縱的信號。這些信號會對汽車自動變速器的狀態(tài)產(chǎn)生影響。就是由于這些信號，構(gòu)成了完整的混雜系統(tǒng)。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 混雜系統(tǒng)控制算法 混雜系統(tǒng)，包含連續(xù)的控制系統(tǒng)和離散的控制系統(tǒng)。其中，連續(xù)部分，已經(jīng)有相對成熟的理論支撐。針對離散系統(tǒng)部分，在混雜系統(tǒng)理論中，有 很特殊的處理方法和策略。 概念說明 先就一些術(shù)語加以概念性的說明，并對各種策略中所使用的符號加以定義。 。 實(shí)體是描述系統(tǒng)的三個基本要素之一。在離散事件系統(tǒng)中的實(shí)體分為兩大類： I臨時實(shí)體及永久性實(shí)體。在系統(tǒng)中只存在一段時間的實(shí)體叫臨時實(shí)體。這類實(shí)體由系統(tǒng)外部到達(dá)系統(tǒng)，最終離開系統(tǒng)。永久駐留在系統(tǒng)中的實(shí)體稱為永久實(shí)體。只要系統(tǒng)處于活動狀態(tài)，這些實(shí)體就存在?；蛘哒f，永久實(shí)體是系統(tǒng)處于會活動的必要條件。在變速器系統(tǒng)中，汽車自動變速器和駕駛員就是永久性實(shí)體。臨時實(shí)體按～定規(guī)律不斷地到達(dá) (產(chǎn)生 )，在 永久實(shí)體作用下通過系統(tǒng)，最后離開系統(tǒng)，整個系統(tǒng)呈現(xiàn)出動態(tài)過程。在變速器系統(tǒng)中，出現(xiàn)的紅燈，行人等就是臨時實(shí)體。 。 描述離散事件系統(tǒng)的另一個重要概念就是“事件”。事件就是引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為。從某種意義上說，這類系統(tǒng)是由事件來驅(qū)動的。 在一個系統(tǒng)中，往往有許多類事件，而事件的發(fā)生一般與某～類實(shí)體相聯(lián)系，某一類事件的發(fā)生還可能會引起別的事件發(fā)生，或者是另一類事件發(fā)生的條件等等。為了實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)中的事件進(jìn)行管理，仿真模型中必須建立事件表。表中記錄每一一 發(fā)生了的或?qū)⒁l(fā)生的事件類型，發(fā)生事件，以及與該 事件相聯(lián)的有關(guān) 性等。在系統(tǒng)中，是依靠事件來驅(qū)動的。 3．活動。 離散事件系統(tǒng)中的活動，用于表示兩個可以區(qū)分的事件之問的過程，它標(biāo)志著系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。 4．進(jìn)程。 進(jìn)程由若干個事件及若干活動組成， 1一個進(jìn)程描述了它所包含的事件及活動間的相互邏輯關(guān)系及時序關(guān)系。事件，活動，進(jìn)程三者之間的關(guān)系可用圖 4． 1描述 。 離散時間系統(tǒng)策略 模型作為系統(tǒng)的規(guī)范，兩者之間既有聯(lián)系的一方面，也有其區(qū)別的一方面。模型是系統(tǒng)的抽象，因而在模型描述中所使用的術(shù)語不可能與系統(tǒng)描述完全相同。在這里，采用模型非形式描述。模型的非形 式描述中采用如下一些主要術(shù)語： 1．成分 (Component)：相應(yīng)于系統(tǒng)的實(shí)體，用于構(gòu)造模型中的各個部分，根據(jù)其在模型中的作用，可分為兩大類。 主動成分 (Active． Type Component)：可以主動產(chǎn)生活動的成分。如系統(tǒng)中的紅燈，它的出現(xiàn)可以產(chǎn)生等待活動或者通行活動。 被動成分 (Passive— type Component)：本身不能激發(fā)活動，只有在主動成分作用下才產(chǎn)生狀態(tài)變化。 2．描述變量：是成分的狀態(tài)，屬性的描述。 3．成分間的相互關(guān)系：描述成分之間相互影響的規(guī)則。在一個模型中， 動成分對被 動成分可能產(chǎn)生作用，而主動成分之間也可能產(chǎn)生作用。 一 個系統(tǒng)的非形式模型描述包括定義成分，描述變量及成分間的相互關(guān)系。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 采用如下一些符號： 成分集合 , C