系统仿真,电梯

复杂系统建模与仿真实验报告报告人：吴陈鹤1083班3111315003 田博1084班3111316001一．电梯仿真实验1.模型设计说明模拟一个五层楼的电梯系统，该楼有一个自动电梯，能在每层停留。

设计一个电梯运行的模型，保证乘客的等待时间最短。

2.模型设计思想（1）五个楼层由下至上依次称为地下层、第一层、第二层、第三层和第四层，其中第一层是大楼的进出层，即是电梯的“本垒层”，电梯“空闲”时，将来该层候命。

五个楼层从下到上的编号为：0、1、2、3、4。

除了地下层外，每一层都有一个要求向下的按钮除了第四层外，每一层都有一个要求向上的按钮。

对应的变量为：CallUp[0..3]和CallDown[1..4]。

电梯内的五个目标层按钮对应的变量为：CallCar[0..4]。

（2）电梯一共有七个状态，即正在开门（Opening）、已开门（Opened）、正在关门（Closing）、已关门（Closed）、等待（Waiting）、移动（Moving）、减速（Decelerate）。

（3）乘客可随机地进出于任何层。

对每个人来说，他有一个能容忍的最长等待时间，一旦等候电梯时间过长，他将放弃。

对于在楼层内等待电梯的乘客，将插入在等候队列里，每一层有两个等候队列，一队要求向上，一队要求向下，用链队列来实现。

对于在电梯内的乘客，用五个乘客栈来实现，该乘客要去哪一层，就把他放在相应编号的栈中，对应变量为EleStack[0…4]。

（4）模拟时钟从0开始，时间单位为0.1秒。

人和电梯的各种动作均要耗费一定的时间单位（简记为t）：●有人进出时，电梯每隔40t测试一次，若无人进出，则关门●关门和开门各需要20t●每个人进出电梯均需要25t●电梯加速需要15t●上升时，每一层需要51t，减速需要14t●下降时，每一层需要61t，减速需要23t●如果电梯在某层静止时间超过300t，则驶回1层候命。

（5）按时序显示系统状态的变化过程：发生的全部人和电梯的动作序列。

3.模型设计概要本程序包含6个模块：（1）主程序模块（2）乘客模块（3）乘客栈模块（4）电梯模块（5）等待队列模块（6）高楼模块：实现电梯和乘客之间的互交。

各模块之间的调用关系如下：3.1乘客类型反映乘客的所有属性。

ADT Client数据对象：D={a i∈乘客信息,I=1,2,…,n,n≥0}数据关系：R={<a i-1,a i>|a i-1,a i∈D,i=2,…,n}基本操作：PrintClientInfo(Client const &e,ClientStatus s)操作结果：输出乘客信息。

CreatClient(Client *&p)操作结果：生成新的乘客。

DestoryClient(Client *&p)操作结果：该乘客离开系统。

GoAbove(Client const &e)操作结果：判断该乘客是否去往高层。

CInfloor(Client const &e)操作结果：返回乘客进入的楼层。

CInTime(Client const &e)操作结果：返回乘客进入时间。

COutfloor(Client const &e)操作结果：返回乘客进入时间。

}3.2乘客栈类型电梯内的乘客用乘客栈表示，去不同楼层的乘客放在不同的栈中。

ADT Estack数据对象：D={a i∈乘客信息,I=1,2,…,n,n≥0}数据关系：R={<a i-1,a i>|a i-1,a i∈D,i=2,…,n}基本操作：略。

}3.3等候队列类型在电梯外等待的乘客用等待队列表示。

每层各有两个等待队列，分别为上楼队列和下楼队列。

与一般队列不同的是在基本操作中加入了放弃操作CGiveUp(WQueue &Q,int floor)。

3.4电梯类型表示电梯的各个属性和所有动作。

ADT Elevator数据对象：D={a i∈电梯信息,I=1,2,…,n,n≥0}基本操作：InitEle(Elevator &E)操作结果：初始化电梯类型。

DestoryEle(Elevator &E)操作结果：销毁电梯类型。

EleDecide(Elevator &E,WQueue w[Maxfloor+1][2])操作结果：电梯动作决策。

ElevatorRun(Elevator &E,WQueue w[Maxfloor+1][2]){操作结果：电梯状态转换。

CountOver(Elevator &E)操作结果：判断电梯计时是否完成。

EleFloor(Elevator const &E)操作结果：返回电梯所在的层。

EleStatus(Elevator const &E)操作结果：返回电梯状态。

RequireAbove(Elevator const &E)操作结果：判断是否有高层请求。

RequireBelow(Elevator const &E)操作结果：判断是否有低层请求。

EleAchieved(Elevator &E)操作结果：判断电梯是否要停于当前层。

EleOpenDoor(Elevator &E)操作结果：判断电梯是否要开门。

}3.5高楼模块实现电梯和乘客之间的互交功能。

包括：InOut(Elevator &E,WQueue w[Maxfloor+1][2])操作结果：进行乘客的进出电梯活动。

NewClient(Elevator &E,WQueue w[5][2])操作结果：进入新乘客。

PrintStatus(Elevator &E,WQueue w[5][2])操作结果：输出当前状态。

Print(Elevator &E,Action a)操作结果：输出电梯动作信息。

3.6主程序主程序主要处理两类事件：乘客事件和电梯事件。

除此之外，主程序还处理各个模块的初始化和销毁工作，以及电梯状态的输出。

乘客事件包括新乘客到达事件，乘客放弃等待事件，乘客进出电梯事件。

电梯事件包括电梯运行事件。

3.7设计详情//所有常量，全局变量和类型定义#define NULL 0 //空指针#define TRUE 1#define FALSE 0#define OK 1#define ERROR 0#define INFEASIBLE -1#define OVERFLOW -2#define INT_MAX 32767//Status是函数类型，其值是函数结果状态代码typedef int Status;#define Empty 0//------------------------------------------------------//电梯状态enum EleStatus{Opening,Opened,Closing,Closed,Moving,Decelerate,Waiting}; enum Action{DoorOpened,DoorClosed,GoingUp,GoingDown,Achieved,None}; enum EleStage{Up,Down,OpenDoor,Stop};enum ClientStatus{New,GiveUp,In,Out,Finish};#define CloseTest 40 //电梯关门测试时间#define OverTime 300 //电梯停候超时时间#define Accelerate 15 //加速时间#define UpTime 51 //上升时间#define DownTime 61 //下降时间#define UpDecelerate 14 //上升减速#define DownDecelerate 23 //下降减速#define DoorTime 20 //开门关门时间#define InOutTime 25 //进出电梯时间#define Maxfloor4 //最高层#define Minfloor 0 //最低层long Time=0; //时钟long MaxTime;//系统运行最长时间int InOutCount=0;//用于进出计时int InterTime=0;//下一乘客进入系统的时间int ID=0; //乘客编号int GiveUpNumber=0;//乘客放弃的数目int TotalTime=0;//总共等待时间部分重要操作的算法：1、判断运动方向函数EleDecide的算法：2、统计高层和低层的请求（不包括当前层）。

3、高层和低层均无请求：发出Stop命令。

4、否则，1）若电梯在上升期：1. 若有高层请求：上升；2.若无高层请求：转下降期，下降。

2）若电梯在下降期：1. 若有低层请求：下降；2. 若无有低层请求：转上升期，上升。

判断电梯是否要停于当前层函数EleAchieved的算法：1.该层的CallCar为1；2.该层在上升（下降）期有上升（下降）请求（判断CallUp或CallDown）；3.上升（下降）期高（低）层没有请求而该层由下降（上升）请求，要转换运行时期。

判断电梯动作函数ElevatorRun的算法：1.若电梯在Opening状态，则转至Opened状态。

2.若电梯在Opened状态，若无人进出，则转至Closing状态。

3.若电梯在Closed状态，则根据电梯请求情况转至相应状态。

4.若电梯在Closing状态，则转至Closed状态。

5.若电梯在Moving状态，若达到目标层，则转至Decelerate状态。

否则，继续移动。

6.若电梯在Decelerate状态，则设定电梯时期，并转至Opening状态。

7.若电梯在Waiting状态，在判断是否等待超时，若超时则向第一层移动。

否则，判断电梯请求情况并转至相应状态。

4.测试结果从测试结果看，乘客放弃数的大小和平均等待时间的长短还与乘客出现的密度和乘客的平均容忍时间有关系。

5.仿真实验总结在本程序中如何判断电梯的动作最为关键。

此外，合理划分各个模块和处理各个模块之间的联系也非常重要。

本设计中涉及时间函数的使用，由于刚开始接触，这方面的使用相当有难度。

使用不当就容易造成编译不通过或者运行时发送错误报告。

还有在电梯调度方面不能按照预定的想法实现，所以和现实中的电梯有出入。

没有显示电梯的运行到哪里，而是用有乘客进入电梯时显示乘客进入到哪层楼来告知电梯运行到几楼。

开门，关门时需要精心思考，此处记时及判断是否要开门也是难点，所以这些看似很平常的动作却是最难也是最容易错的地方。

此外在指针的使用方面也是难点，很多地方比如乘客进队出队以及放弃乘坐电梯时均涉及指针的使用，也经常在这些地方通不过编译。