《信息物理融合系統多領域統一建模方法及仿真策略研究》是依託杭州電子科技大學，由陳昌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：信息物理融合系統多領域統一建模方法及仿真策略研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳昌
- 依託單位：杭州電子科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
信息物理融合系統(CPS)是一種計算、通信、控制與物理過程深度融合的複雜工程系統，包括離散異步的信息進程和連續同步的物理進程，兩者在結構、模型表達等方面存在較大差異。本項目面向CPS建模仿真過程，研究CPS系統模型統一表達、方程系統規劃分解及統一求解策略等關鍵問題。針對CPS系統模型中時間系統和時鐘系統共存的問題，基於Modelica語言提出面向時鐘系統的時鐘語義機制及時鐘/時間系統融合規則，實現CPS系統模型統一描述；針對CPS系統的信息系統與物理系統深度耦合的問題，提出CPS模型方程系統規劃分解方法，實現CPS時鐘系統與時間系統及不同周期時鐘塊的解耦，並研究各子方程子集的序列化方法；提出CPS系統模型求解的時鐘事件與狀態事件同步機制及統一仿真求解策略，實現統一建模仿真框架下的CPS系統模型仿真求解。本項目研究成果將為CPS系統在同構框架下的建模仿真奠定共性理論基礎，提供關鍵使能技術。
結題摘要
作為工業4.0的核心，信息物理融合系統(Cyber-Physical Systems, CPS)是一種計算、通信、控制與物理過程深度融合的複雜工程系統，通過計算資源與物理世界的有機集成，實現了嵌入式計算、網路通信、分散式控制等計算過程與物理過程的綜合，可廣泛套用於複雜機電系統、航天與航空系統、國防武器系統、智慧型交通系統、智慧型醫療系統等諸多國防、工業和民用領域。 本項目面向CPS系統建模仿真過程，針對CPS系統離散異步的信息進程和連續同步的物理進程在結構、模型表達等方面的較大差異，首先研究了基於方程的CPS系統模型統一形式化描述方法，針對CPS系統模型中時間系統和時鐘系統共存的問題，基於Modelica語言提出面向時鐘系統的時鐘語義機制及時鐘/時間系統融合規則，實現CPS系統模型統一描述；進而研究了面向CPS模型的方程系統規劃方法，針對CPS系統的信息系統與物理系統深度耦合的問題，提出了CPS模型方程系統規劃分解方法，實現CPS時鐘系統與時間系統及不同周期時鐘塊的解耦，並提出了各子方程子集的序列化方法；最後研究了面向CPS模型的統一求解策略，提出了CPS系統模型求解的時鐘事件與狀態事件同步機制及統一仿真求解策略，實現了統一建模仿真框架下的CPS系統模型仿真求解。本項目提出的CPS系統統一建模仿真方法已經套用於多個複雜機電產研發階段的性能分析預測，如大型高精度數控拉削裝備、變電設備故障診斷和智慧型監控系統、柴油機電控噴油系統等。 本項目解決了基於方程的CPS系統模型統一形式化表達、時間/時鐘混合的方程系統規劃分解和同構建模仿真框架下的CPS系統統一求解等關鍵科學問題，實現了統一建模仿真框架下的CPS系統建模仿真方法和技術。研究成果為CPS系統在同構框架下的建模仿真奠定了共性理論基礎，促進了基於複雜系統的仿真分析與最佳化等研究領域的發展，為進一步深入開展CPS系統研究提供了有力的技術支撐，可廣泛套用於複雜機電系統、智慧型製造、航空航天系統、智慧型交通系統等CPS系統的建模仿真和性能分析，具有廣泛的套用領域和廣闊的套用前景。
