Одним из возможных источников данных для G2 является система моделирования внешнего окружения. Данная система используется для моделирования реальных объектов и устройств, с которыми работает ЭС. В системе предусмотрены следующие основные возможности:
- Средства для вычисления алгебраических, разностных уравнений и дифференциальных исчислений первого порядка;
- Возможность задания формул как для отдельных переменных, так и для классов переменных или параметров;
- Возможность режима разделения времени, при котором моделирование работало бы параллельно с остальными подсистемами G2. За счет этого осуществляется вычисление модулируемых значений в процессе работы механизма вывода.
Подсистема моделирования является достаточно автономной, но важнейшей частью системы. На различных этапах жизненного цикла прикладной системы оно служит достижению различных целей. Во время разработки подсистема моделирования используется вместо объектов реального мира для имитации показаний датчиков. Очевидно, что проводить отладку на реальных объектах может оказаться слишком дорого, а иногда и небезопасно.
На этапе эксплуатации прикладной системы процедуры моделирования выполняются параллельно функциям мониторинга и управления процессом, что обеспечивает следующие возможности:
- верификацию показаний датчиков во время исполнения приложения;
- подстановку модельных значений переменной при невозможности получения реальных (выход из строя датчиков или длительное время получения ответа на запрос);
- Играя роль самостоятельного агента знаний, подсистема моделирования повышает жизнеспособность и надежность приложений на базе G2. В G2 для описания внешнего мира используются алгебраические, разностные уравнения и дифференциальные исчисления первого порядка;
Выделяют три типа переменных которые могут получать свои значения от подсистемы моделирования: непрерывные, дискретные и зависимые. Значениями двух первых типов являются функциями их предыдущих значений, вследствие чего для них должны быть заданы некоторые начальные значения. С другой стороны, значения зависимых переменных являются функциями только текущих значений других вычисляемых переменных. Эта категория переменных явно не объявляется; их значения получаются из уравнений моделирования для соответствующей переменной.
Примером использования уравнений для вычисления объема некоторого объекта.
Если идентификатором данного объекта является бак_1 то алгебраической формулой для вычисления объема будет выражение:
объем бак_1=уровень бак_1*площадь бак_1,
где уровень и площадь- атрибуты объекта бак_1.
Соответствующее конечно-разностное уравнение для объема бак_1 может иметь вид:
Следующее значение объем бак_1=уровень бак_1+ 3
с начальным значением 5000.
Дифференциальное уравнение для этой же переменной объем бак_1 выглядит так:
d/dt(объем бак 1) = (приток на входе бак1-отток на выходе бак1)
с начальным значением 5000.
Подсистема моделирования, как правило, обеспечивает возможность задания формул моделирования не только для отдельных переменных и параметров, но и для их классов. За счет этого становится возможным однократное описание поведения, применяемое для всех экземпляров класса. Она позволяет иметь также различные приращения времени при вычислении разных переменных.
В качестве примера ниже приведена общая формула моделирования для объема любого водяного бака :
d/dt(объем любой водяной_бак) = (приток на входе любой водяной_бак -отток на выходе любой водяной_бак) с начальным значением 5000.
Каждый параметр, значения которого задаются подсистемой моделирования, имеет атрибут алгоритм интегрирования, определяющий метод численного приближенного решения обыкновенных дифференциальных уравнений. В G2 для этих целей используют методы Эйлера и Рунге-Кутта. Выбор среди этих двух методов зависит от приложения.
Метод Рунге-Кутта дает более точные результаты, но требует в четыре раза больших затрат времени, чем метод Эйлера. Чтобы достигнуть той же точности, как в методе Рунге-Кутта, при использовании метода Эйлера необходимо значительно уменьшить время приращения. Таким образом, для приложений, которые требуют хорошей точности и не предъявляют высоких требований к скорости, эффективно использовать метод Рунге-Кутта. С другой стороны, для приложений, в которых существенна скорость, а не точность, целесообразнее применять метод Эйлера.
Устойчивость (сходимость) метода не является фактором, на основании которого следует выбирать тот или иной метод, так как и метод Эйлера, и метод Рунге-Кутта имеют один и тот же предел устойчивости относительно размера шага приращения. Другими словами, максимальное время приращения, вне пределов которого вычисления становятся неустойчивыми, одно и то же для обоих методов.
Среда разработчика в системе G2
Среда разработчика включает:
- естественно-языковый текстовый редактор, управляемый процедурой грамматического разбора;
- интерфейс с пользователем;
- средства инспекции и отладки;
- систему регистрации версий.
