Hybrid system modeling using the parallel devs formalism and the modelica language

Resumen

El principal objetivo de la presente tesis doctoral es facilitar la descripción, mediante el formalismo DEVS Paralelo y el paradigma del modelado orientado al proceso, y empleando el lenguaje Modelica, de modelos de eventos discretos y de la parte de eventos discretos de modelos DAE-híbridos. El objetivo, por tanto, no sólo es facilitar que pueda emplearse Modelica para describir modelos DEVS Paralelo y orientados al proceso. Además, deben desarrollarse los modelos en Modelica que hagan de interfaz entre los modelos desarrollados mediante estos dos formalismos y otros modelos en Modelica desarrollados empleando otros formalismos de modelado, tanto de eventos discretos como de tiempo continuo. Para alcanzar este objetivo general se han realizado las aportaciones originales siguientes: 1.Identificación y análisis de los requisitos necesarios para describir modelos en Modelica mediante el formalismo DEVS Paralelo y el paradigma de la orientación al proceso. 2.Propuesta, desarrollo y evaluación de mecanismos de paso de mensajes para Modelica. Este mecanismo es el empleado para la comunicación entre modelos DEVS Paralelo y también entre los bloques que describen el flujo de las entidades en los modelos orientados al proceso. 3.Diseño y desarrollo en lenguaje Modelica de una librería, denominada DEVSLib, que permite la descripción de modelos siguiendo el formalismo DEVS Paralelo. 4.Propuesta de una descripción mediante DEVS Paralelo de los bloques constitutivos básicos empleados para describir el flujo de entidades en los procesos logísticos modelados mediante orientación al proceso. Para ello, se toma como referencia la herramienta comercial SIMAN. 5.Diseño y programación en Modelica de dos nuevas librerías, llamadas SIMANLib y ARENALib, que facilitan la descripción orientada al proceso de modelos. Estas librerías reproducen parte de las capacidades de las herramientas comerciales SIMAN y Arena. Los bloques para flujo de entidades de la librería SIMANLib han sido desarrollados, en base a la descripción DEVS Paralelo propuesta, empleando componentes de la librería DEVSLib y desarrollando funcionalidades adicionales, tales como mecanismos para la descripción de las entidades y para la manipulación de las estructuras de datos de tamaño variable. Los bloques de flujo de entidades de ARENALib han sido compuestos empleando los componentes de la librería SIMANLib. Esta estrategia jerárquica en el desarrollo de las librerías facilita su programación, documentación, mantenimiento y depurado. 6.Otra aportación de la presente tesis es dotar al lenguaje Modelica de algunas capacidades para el modelado estocástico. Con este fin, se ha desarrollado una nueva librería en Modelica, llamada RandomLib, para la generación de números seudo-aleatorios, y muestras aleatorias de un conjunto de distribuciones discretas y continuas. 7.Desarrollo e inclusión en las librerías DEVSLib, SIMANLib y ARENALib de modelos de interfaz que permiten la conexión con modelos realizados por otros desarrolladores, permitiendo el uso combinado de diferentes formalismos. 8.Se ha demostrado la utilidad de las librerías desarrolladas para el modelado de sistemas de control híbridos. 9.Finalmente, se ha desarrollado un conjunto de casos de estudio, cuya finalidad es ilustrar las capacidades de las librerías desarrolladas para la descripción de modelos de eventos discretos e híbridos, aplicando los formalismos DEVS Paralelo y orientación al proceso, y combinando estos formalismos con otros, como es el modelado físico. Los casos de estudio muestran ejemplos en el ámbito del control de procesos, del análisis de sistemas logísticos, dinámica de poblaciones, y sistemas electrónicos y optoelectrónicos.