Arbeiten mit MatlabDEVS

• MatlabDEVS:
  • Implementierung von PDEVS in Matlab
    • entwickelt an der HS Wismar [17,18]
    • aktuelle Version mit hybrider Modellierung [19]
    • objektorientiert implementiert
  • stellt Templates als Ausgangspunkt zur Verfügung
    • am_discrete_template.m für AtomicPDEVS-Komponente
    • cm_discrete_template.m für CoupledPDEVS-Komponente
  • Vorgehensweise
    • Erstellen von Klassendateien für die AtomicPDEVS-Komponenten
    • Erstellen von Klassendateien für die CoupledPDEVS-Komponenten (incl. root model)
    • Erstellen eines Run-Skripts run_xxx.m für die Simulation
    • dazu: Erstellen eines Auswerte-Skripts analyse_xxx.m zur Ergebnis-Darstellung
• Erstellen eines AtomicPDEVS:
  • Klasse ableiten von atomic
  • implementiere Konstruktor
    • definiert Parametergrößen
    • definiert x-, y-Anschlüsse
    • definiert und initialisiert Zustandsgröße s
  • implementiere Methoden
    • deltaintfun
    • deltaextfun
    • deltaconffun
    • lambdafun
    • tafun
• Implementieren des Generators:
  • als Klasse am_generator, abgeleitet von atomic
    • classdef am_generator < atomic
  • Deklaration des Konstruktors
    • function obj = am_generator(name, tG, n0, debug)
    • mit Parametern

    • name	Name des Objekts
      tG	Zeitintervall zwischen neuen Entitäten
      n0	id der ersten Entität
      debug	für optionale Debugging-Ausgaben

  • Implementierung des Konstruktors

    • if nargin == 4
        x = {};           % no inputs
        y = {'out'};      % output to emit entities
        s = {'counter'};  % 
        sysparams = struct('tG', tG, 'n0', n0, 'debug', debug);
      else
        error('mistake at constructor method for class am_generator');
      end
      obj = obj@atomic(name, x, y, s, 0, sysparams); % call parent
      obj.s.counter = obj.sysparams.n0; % initialize the state

  • Implementierung der internen Übergangsfunktion

    • function deltaintfun(obj)
        obj.s.counter = obj.s.counter + 1;
      end

  • Implementierung der Ausgabefunktion

    • function lambdafun(obj)
        % generate an entity with given id
        obj.y.out = {obj.s.counter + 1};
      
        if obj.sysparams.debug
          fprintf('%4.1f %8s OUT, out=%2d\n', ...
                  obj.tnext, obj.name, cell2mat(obj.y.out))
        end
      end

  • Implementierung der Zeitfortschaltungsfunktion

    • function ta = tafun(obj)
        ta = obj.sysparams.tG;
      end

  • deltaextfun, deltaconffun leer
  • komplette Klassendatei am_generator.m
• Implementierung der anderen Komponenten:
  • komplette Klassendateien
    • am_terminator.m
      
    • am_serverA.m
    • am_queueA.m
  • Hilfsfunktionen in am_queueA
    • readInputBag sammelt Eingangswerte ein
    • showState zeigt Debug-Informationen
• Erstellen eines CoupledPDEVS:
  • Klasse abgeleitet von coupled
  • enthält nur Konstruktor
    • Name und Parameter als Argumente
    • Komponenten initialisieren und hinzufügen
    • Ein- und Ausgänge definieren, z.B.
    • set_x_ports(obj, {'in1', 'in2'});
      set_y_ports(obj, {'out1'});
    • Verbindungen als 4xN-Cell-Matrix bei N Verbindungen (intern und extern zusammen)
    • Verbindungszeile: Startobjekt, Ausgang, Zielobjekt, Eingang
    • bei externen Anschluss: Name des Objekts = 'parent'
  • komplette Klassendatei für Root Model model_singleserverA.m
• Ausführung:
  • am einfachsten mit kleinem Skript
    • setzt Parameterwerte
    • erzeugt root model (Konstruktor)
    • markiert alle Zustandsgrößen zur Beobachtung (set_observe)
    • führt das Modell aus (r_c_discrete)
    • zeigt Ergebnisse an (eigene Hilfsfunktion analyse_MODEL)
  • komplettes Beispielskript run_singleserver.m
  • Ausgabeskript
    • verwendet Standard-Ausgabe- und Plot-Routinen
    • Zugriff auf Zustandsgrößen über root_model.components.KOMPONENTE.observed
    • 1. Spalte enthält Zeitwerte, 2. Spalte enthält Zustandswerte
    • alles jeweils in Strukturen und Cellarrays verpackt
    • Umwandeln in einfache Vektoren über Hilfsvariablen und []
  • komplettes Beispielskript analyse_singleserver.m
  • Ergebnis
    • 
    • Vergleich mit oben: Ergebnis falsch ab t=4!
    • außerdem Warnungen dExt: wrong phase 2 in server
• Fehlersuche:
  • Erwartung vor t=4 (vgl. manuelle Analyse in singleserver1B)
    • vorher: E2 im Server, E3 in der Queue
    • bei t=4: E2 wird fertig, E3 geht in den Server, E4 von Generator in Queue
  • setze debug = true in run_singleserver und starte
  • zur Übersicht Ausgaben zusammen mit Zustandsgrößen in Spreadsheet
    • danach durchgehen und Kommentare hinzufügen (Zustandsdiagramme daneben legen!)
    • 
  • zeilenweise Analyse

    • Z49	(vor t=4) wie erwartet
      Z50	gen gibt E4 aus
      Z51	server gibt E2 und working=0 aus, Zustandsänderung danach in Z56
      Z52-55	queue sammelt E4 ein und geht in unblocked
      Z56	server geht nach idle (vgl. Z51)
      Z57	queue gibt E3 aus (vgl. Z59)
      Z58	server empfängt E3, geht in goProcessing
      Z59-62	Zustandsänderung zur Ausgabe (vgl. Z57)
      Z63	queue gibt schon E4 raus!
      Z64	jetzt kommt erst das Blocking vom Server!
      Z65	bl-Input und Wechsel 2→2 sind confluent!
      Z66-73	queue macht erst int (also E raus), dann ext (also bl)
      	muss anders herum!

• Fehlerkorrektur:
  • Lösung

    • function deltaconffun(obj,gt)
        [bl, ~] = readInputBag(obj);
        if bl == true  % go to phase 3, no entity output!
          deltaextfun(obj,gt);
        else
          deltaintfun(obj);
          deltaextfun(obj,gt);
        end
      end

  • Ergebnis
    • 
    • Plot identisch mit oben
    • aber neue Warnungen: dExt: wrong phase 2 in server
  • erneute Analyse mit Debugging-Output →
    • Entity am Eingang in Phase 2 des Servers
    • Ursache: working kam bei Queue an nach Ausgabe einer Entity (vgl. Z63f)
    • → Server ruft deltaconffun in Phase 1
  • Lösung: Entity ignorieren

    • function deltaconffun(obj,gt)
        if obj.s.phase == 1   % blocking came to late -> ignore input
          deltaintfun(obj);
        else  % first current entity leaves, then new one enters
          deltaintfun(obj);
          deltaextfun(obj,gt);
        end
      end

  • alles ok: Plot wie vorher, keine Warnungen mehr
  • korrigierte Klassen am_server.m, am_queue.m, model_singleserver.m
• Aufgaben:
  • Aufgabe 22
  • Aufgabe 23