CN111950085A - 一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于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。

Description

一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法

技术领域

本发明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。

背景技术

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(System Modeling Language，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Simulink EmbeddedFunction，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Aerospace Blockset和Aerospace Toolbox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。Simulink与Stateflow也被运用到国内外各种航空航天大型重点项目之中，例如F-35战斗机、火星探测车等重点项目。MATLAB依据其封装集成的函数与算法库和操作便携的组态设计工具以及统一的软件环境，成为了系统建模与仿真的良好工具。

以上所述的SysML建模语言，以及MATLAB设计工具和其所包含的Simulink和Stateflow的组态设计工具，可形成基于MBSE的导弹建模与仿真的全套工具链。其中，SysML主要职责为在系统的宏观层面做出把控，而Simulink与Stateflow因为其需要具体解算方法的原因，适用于基础组件的构建，在元器件级、组件级、设备级模型的构建中均具有重要作用。基于Simulink与Stateflow方法，可构建出一个适配于不同型号导弹的，拥有从元器件级、组件级、设备级到系统级的大量通用模型和专有模型货架产品和系统案例，弥补现如今国防中不同型号中使用的同类别设备或组件的重复投入与研发，使个层级模型产品成规格化、系列化，并利用产品货架的构建和其中模型的重用，缩短研发周期，减少研发成本，提高研发效率。

发明内容

依据现阶段导弹建模中的模型不可复用的缺点，本发明旨在提出一种基于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，而后利用Simulink与Stateflow进行功能性层面建模方法实现，具体包括元器件级、组件级、设备级、系统级模型，并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，以实现模型的可复用性。

本发明所提出的一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法，实现构建弹上设备或解算的设备级、组件级、元器件级的模型库即产品货架，并通过模型库中模型的复用实现导弹的快速设计与开发，其具体步骤与方法如下：

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，具体包括如下：

步骤S1.1，进行需求分析，定义系统用例；

步骤S1.2，进行系统功能分析，把系统功能需求转化为一个连贯的系统功能描述；

步骤S1.3，进行构架分析，识别和定义系统的关键功能，定义系统的各种不同的解决方案；

步骤S1.4，进行构架设计，把功能性需求和非功能性需求分配到架构结构中。

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S4.1，以顶层状态设计的角度，定义设备级状态；

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；

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。

附图说明

附图1，本发明所述的一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法建立的产品货架

附图2，SysML中九种图的划分

附图3，系统级模型外接Scope显示模块示意图

附图4，系统级模型的顶层Stateflow图层示意图

附图5，Simulink Function模块内部结构示意图

附图6，初始化函数示意图

附图7，参数设置函数示意图

附图8，Stateflow中输入变量、输出变量和内部变量的设置示意图

附图9，飞行控制模块Stateflow图层示意图

具体实施方式

对于以上发明内容，下面做进一步说明。

本发明是一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法。该种方法的重点在于建立复用式的导弹模型的产品货架，并通过复用货架产品的方式，达到不同型号导弹的快速建模与开发。

其中，货架产品指的是通过Simulink与Stateflow所搭建的通用模型和专有模型，该货架产品与传统特定型号研发所不同，其特点在于重用性。通用模型可通过具体参数给定设计成专有模型，一个通用模型，利用不同设计参数给定，就形成不同专有模型。不同专有模型，其设计参数的不同，满足不同工况和指标的应用。通用模型和大量专有模型形成模型库，即产品货架。在型号研发过程中，产品货架可提供各层级的通用模型以及满足不同指标的专有模型，从而通过产品货架中模型在不同型号研发中的重用，缩短研发周期和研发成本。

下面对于导弹的具体组成和基于Simulink和Stateflow的拆分构建方法做进一步说明。

导弹是一种飞行武器，它载有战斗部，依靠自身动力装置推进，由制导系统导引和控制其飞行轨迹，以击中目标，并具有快速性、长距离、高空作战能力等特点，在作战任务中具有重要作用。导弹种类繁多，依据复杂战斗场景，一般来讲，按照发射地点和目标所在位置，导弹可以分为以下几种类型：面对面导弹、面对空导弹、空对面导弹、空对空导弹。

一般来讲，导弹具有以下核心部件：推进系统、制导系统、战斗部、弹体系统、供电系统(弹上电源)。其中，各部件的描述如下：

(1)推进系统，是以发动机为主体，为导弹提供飞行动力的设备；

(2)制导系统是导引和控制导弹飞向目标的仪器和设备的总称，分为导引系统和控制系统两部分，主要作用是保证导弹的稳定飞行和导弹的飞行姿态和飞行轨迹的变更，以及导弹在飞行过程中的飞行偏差修正与目标跟踪；

(3)战斗部是导弹的任务载荷部分，用于直接毁伤目标，完成其战斗任务；

(4)弹体系统是导弹的结构主体，是各舱、门、空气动力翼面、弹上机构及一些零组件联接而成的、具有良好的气动外形的壳体；供电系统用于给弹上各分系统供给正常工作所需要的电能。

建模是对于实体的数学抽象。在导弹建模过程中，一般考虑导弹的各重要性能指标，因此建模是对对导弹系统的所有部分进行建模与仿真没有必要，例如，各舱、门的构建。在导弹的建模与仿真中，应当选取重要设备进行构建。重要设备选取原则如下：

(1)重要设备应具有一定解算需要。

(2)重要设备中的公式解算或者直接参与导弹重要参数的解算或迭代，或者依靠对于其余非重要参数的解算，间接可以影响重要参数。

(3)重要设备需在重要任务场景中扮演重要角色。

例如，在对于导弹飞行性能模型构建中，根据需要，可分为如下部分：(1)设备类模型：弹体模型、舵系统模型、雷达高度表模型、前下视系统模型、动力系统模型；(2)算法类模型：惯性导航模型、角滤波模型；(3)环境类模型：环境模型、气压高度解算模型；(4)控制调度类模型：飞控模型、速度控制模型。

其中，设备类模型为弹上设备实体的抽象，算法类模型和控制调度类模型由弹上系统内算法与控制调度拆解而来，环境类模型是对于导弹飞行环境的模拟和环境状态解算。抽象为模型之间均具有数据传输，数据包括控制指令、设备状态与参数、传感器参数、数据解算结果等。

本发明旨在提出一种基于Simulink和Stateflow的复用式导弹建模方法，其具体步骤为：

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。

在建模过程中，由于功能需求和性能需求的需要，需要对于导弹进行模型功能上的分析和拆解。在本发明中，考虑对于不同导弹建模的兼容与货架产品的可复用性，对于不同导弹的不同需求的解决方案，均进行保留与定义。所述步骤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，具体包括如下：

步骤S1.1，进行需求分析，输出系统用例图。

用例图是通过描述系统的用户和系统本身之间的交互，来捕捉系统的功能需求的。一个给定系统用户可以是系统外部的用户，也可以是其他系统。用例图是由包含一组用例的系统边界构成的。角色放在系统边界之外，并通过关联连接到用例。用例用于定义系统的上下文，阐述用户的意图或对系统行为的期望，是系统行为的黑盒描述。该步骤用例图构建与一般SysML方法一致。

步骤S1.2，进行系统功能分析，把系统功能需求转化为一个连贯的系统功能描述。

此步骤，利用用例图，通过每一个用例的分析，做出系统的整体活动规划，输出系统活动图。活动图是基于用例的展开，对于系统的关键活动与步骤做出总体规划部署。该步骤中，活动图仍为黑盒描述活动图，将在构架分析和构架设计步骤中进行白盒化描述。该步骤系统功能分析，与一般SysML方法，例如IBM Harmony SE方法一致。

步骤S1.3，进行构架分析，识别和定义系统的关键功能，定义系统的各种不同的解决方案。

此步骤的特点是基于系统的关键功能，寻求各个关键功能的不同解决方案。例如，利用导弹的舵偏角解算出导弹的舵电压，在不同构造的导弹上，需要有不同的解算算法和解决方案。在步骤S1.3中，不需要当然也不可能穷举实现系统关键功能的所有解决方案。一般情况下，依据重点有效或者应用广泛的解决方案进行定义。解决方案的取舍，需要对现如今导弹解决方案进行调研并做出取舍判断。

步骤S1.4，进行架构设计，把系统的关键功能以模块化的形式分配到架构中，并规范架构结构中各模型的预留接口与界面。

此步骤中，规范架构结构中各模型的预留接口与界面，目的是为之后的元器件级、组件级、设备级、系统级建模，均提供一致的接口要求与指南，保证各模型的接口规范性和作为货架产品的复用性。

例如，飞控调度模型基于控制调度的解算，会对舵机模型发出控制指令，以改变飞行轨迹和姿态。因此飞控模型的通用模型，应当与舵机模型具有可链接的类型一致的接口，并对于双方的接口传输参数的格式规范与参数解析做出一致的要求与指南。

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。

Simulink工具携带有底层模型库，易于对于底层模型的构造。方法为：依据步骤S1所输出的系统架构的各组件解决方案，利用组态设计方式，搭建系统的元器件级、组件级、设备级模型。

其中，对于同种功能的不同解决方案，完全依照统一的接口进行设计，以保证各个不同解决方案的可替代性。对于同种功能的不同解决方案，其上下游同级组件，也具有统一的接口设计，保证其组件的可用性和降低对于高层组件的建模的复杂度。在具体参数方面，预留出通用模型的重要模型参数，保证通用模型在一定范围内的可控、可调和通用性。预留参数的方法为，使用一个参数设置函数作为该模型内部的第一个Simulink函数模块，参数设置函数内部语法如附图7所示。

在定义和实现不同层级的通用模型的解决方案之后，便形成了通用模型产品货架。

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。

对于通用模型货架产品的预留模型参数，利用现有参数以及由具体型号的需求和指标而得出的具体模型参数进行填充，即可得到具有具体参数的专有模型。同一通用模型，依据不同的数据参数，可以得到不同种类的专有模型。以此，实现一个通用模型产出大量专有模型，可以得到规模庞大的专有模型库。

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。

利用Simulink实现元器件级、组件级、设备级的模型建立。在此基础上，利用Stateflow实现专有模型货架产品的利用，以及系统级模型的搭建、仿真与测试。利用Stateflow将Simulink所建立的各专有模型进行互联和基于状态机转换的模型搭建步骤如下：

步骤S4.1，以顶层状态设计的角度，定义设备级状态。

依据导弹所需的具体设备级模型，在Simulink中，定义出各设备级模型的顶层状态，作为系统级模型的顶层，其中每一个设备级模型对应于一个设备级状态。

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。

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。

应当注意，本发明所提出的一种基于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库的大量产出，以构建导弹元器件级、组件级、设备级的产品货架。基于产品货架，利用Simulink与Stateflow工具实现复用式的导弹建模方法。

其中，步骤S4.1，所述的设备级状态，具有以下解释：导弹中每个设备级部件均具有一个独立的状态，该状态不代表导弹的运行状态区分，代表的是导弹在飞行和运行状态下的各设备中的数据解算和数据发送与接收的顺序。

例如，系统级可仿真模型中，导弹按照其各设备的解算顺序，可分为如下部分：惯性导航模型、气压高度解算模型、前下视系统模型、雷达高度模型、环境模型、动力系统模型、飞控模型、舵系统模型、弹体模型、角滤波模型。角滤波模型再次把数据传递到惯性导航模型，以此实现循环解算。各模型间存在多模型相互嵌套情况，在飞控模型中包含有速度控制模型。

例如，其中飞控模型，会接收环境模型、导航模型等模型的输入参数，以确定目前环境参数和状态，并做出进一步的航迹规划与调整，生成飞控指令，并将飞控指令传输到舵机模型和弹体模型，做出后续响应，因此，这些模型的数据传输应为：环境模型状态、导航模型状态等的执行顺序在飞控模型状态之前，由环境模型、导航模型等模型将环境参数和飞行参数传递给飞控模型；飞控模型状态在舵机模型状态和弹体模型状态之前，经由飞控模型给出控制指令，发送至舵机模型和弹体模型，以解算舵机电压和弹体参数。

设备级模型互联示意图如附图4所示。设备级状态在模型中表现为Stateflow中的State模块加上其所调用的Simulink Function模块。

其中，步骤S4.1，所述的设备级状态依照Stateflow的形式进行创建。在Simulink中，创建一个Chart模块，作为整个系统级模型的容器。在该Chart模块中的Model Explorer中定义输出，引出部分变量外接Scope模块进行显示。该Chart模块和外接Scope模块如附图3所示。在Model Explorer中定义输出变量示意图如附图8所示。

Simulink中的Chart模块代表一个Stateflow模型，可双击Chart模块打开。在Chart模块中，利用State组件进行各设备级模型的调用，每个State组件表达一个设备级状态，即一个设备级模型。该设备级模型为步骤4.2所述的设备级专有模型。

所述的Chart模块中，包含有两个组成结构，组成结构示意图如附图4所示：

组成结构一，右侧的Simulink Function模块内，封装有Simulink形式的设备级专有模型。每一个Simulink Function模块封装有一个设备级专有模型。Simulink Function模块的内部组成为，步骤S4.2中所述的设备级专有模型和初始化函数。Simulink Function模块的内部组成示意如附图5所示。初始化函数放于设备级专有模型之前。初始化函数语法示意如附图6所示。

组成结构二，基于State状态图元和转移线，依据解算顺序，建立SimulinkFunction模块的调用。

Stateflow图层的输入变量、输出变量、内部解算模块变量均在Model Explorer中定义。

其中，步骤S3，所述的设备级专有模型，其输入与输出的同名变量，依据其类型，添加in/out后缀，以作为区分。设备级专有模型的输入与输出的同名变量源自于解算过程中的数值迭代，一个被迭代的数值变量应当既作为输入又作为输出。

其中，步骤S4.1，设备级状态对于其所包含的设备级专有模型的调用，状态输入接口与设备级专有模型输入接口一致，状态输出接口与设备级专有模型输出接口一致。即在调用设备级专有模型的时候去掉in/out后缀。

其中，步骤S4.1，多模型嵌套情况，例如飞行控制模块中嵌套马赫控制模型。下面基于飞行控制模块中嵌套马赫控制模型为例，介绍多模型嵌套情况的解决方案。

通过复用专有模型库中的关于飞行控制的组件级模型和马赫控制的设备级模型，进行重新构建新的包含有马赫控制模型的飞行控制设备级模块。

新的飞行控制设备级模块，封装为Simulink Subsystem模块形式，与其他设备级模块一致，放到步骤S4.2所述的Simulink Function模块中去。

新的飞行控制设备级模块，内部为Chart模块，输入输出在Model Explorer中定义。双击Chart模块，打开Stateflow图层。Stateflow图层内没有State状态，仅有Junction图元、转移线和Simulink Function模块。Stateflow图层示意图如附图9所示。

转移线上调用Simulink Function模块。Simulink Function模块中，封装用到的飞行控制的组件级模型和马赫控制的设备级模型，以及初始化函数。一个SimulinkFunction模块对应一个组件级或设备级模型和一个初始化函数。不使用状态的目的是，转移线的转移不占用时间，确保飞行控制设备级模块内部Stateflow层不会扰乱外部系统级Stateflow层的解算周期，维持系统仿真周期不变。

应当理解的是，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (3)

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：

步骤S4.1，以顶层状态设计的角度，定义设备级状态；

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；

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。

2.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，建立系统级模型过程中，Simulink层中Chart模块作为系统级模型，其中添加各个State状态图元作为设备级模型的调用，为中间Stateflow层；设备级模型封装为Simulink Function模块，Simulink Function模块内部包含复用模型库中的设备级专有模型和初始化函数；在Simulink Function模块中，建立并首先调用初始化函数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过复用专有模型库中的关于外部设备的组件级模型和内部设备的设备级模型，搭建新的具有包含关系的设备级专有模型，解决设备级模型嵌套问题。

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