数字孪生与虚拟调试技术应用 课件 2.3.4 定义数字设备-状态机

任务2.3.4定义数字设备——状态机数字设备篇了解状态机变量功能；了解状态机定义；了解状态机变量功能；掌握使用PQFactory软件定义状态机的方法；熟练使用PQFactory软件定义“状态机”类型数字设备；目标状态机功能介绍

(1)状态机的定义：

状态机（StateMachine），也被称为有限状态机（FiniteStateMachine，FSM），是一种用于设计和实现计算机程序和系统的概念模型。它通过定义一系列的状态、事件和在这些事件发生时的状态转换来描述一个系统或对象的行为。图1状态机原理图数字设备定义——状态机(2)状态机的核心要素：

1)状态（States）：

一个状态机包含一系列的状态（至少要包含两个状态）。

状态是系统在任何特定时间点的条件或情况。

每个状态都有一些与之相关的行为和规则。

2)事件（Events）：

事件是触发状态转换的动作或发生的事情。

事件可以是外部的（如用户输入）或内部的（如达到定时器）。数字设备定义——状态机3)转换（Transitions）：

转换定义了在特定事件发生时状态如何改变。

每个转换都是从一个状态到另一个状态的映射。

4)初始状态（InitialState）：

状态机在开始时的状态。

所有状态机都有一个初始状态。

5)终止状态（FinalStates）：

可选的，标志着状态机的结束。

状态机的优点在于它可提供一种清晰、结构化的方法来处理复杂的状态转换和事件处理，使得系统更易于理解、设计和维护。数字设备定义——状态机1.状态机功能说明（1）功能位置【PQFactory】→【模型定义】→【机构】→【定义状态机】。图2状态机功能位置1.状态机功能说明（2）功能说明PQFactory支持自定义状态机。状态机的定义是生产线设备定义的重要内容，也是定义数字孪生设备的关键。在实际应用时，被原动机（如气缸、电机等）驱动的机械零部件都需要定义为状态机。在定义时可以为状态机添加运动关节部件、运动方式（旋转或平移）、运动范围，也可以根据实际设备的工作位置为状态机添加不同的状态。2.状态机定义实训案例状态机：旋转零件：物料方块状态机：直线传感器：检测方块零件发生器：时间、信号图3数字设备定义概况将图示的单轴线性气缸定义为状态机，其中运动组件为J1，机座部分为BASE。J1BASE3.状态机的定义步骤（1）点选单轴气缸的某一组件，以便找到该组件在管理树中的位置。（2）在管理树中选择单轴气缸所在的组件，右键选择命令：装配。注：此步骤无需选中单轴气缸所有组件3.状态机的定义步骤（3）装配之后，会在模型管理树中生成一个装配体组件，图示为：装配65。（4）将单轴气缸的剩余组件，逐一拖拽至新建的装配体组件。找寻方法可以参考步骤1。3.状态机的定义步骤（5）选择单轴气缸的装配组件（图示：装配65），右键选择命令：移至顶层。（6）选择新移至顶层的场景（图示为场景847），右键选择命令：解除装配，会显示出内部的装配体。3.状态机的定义步骤（7）为便于后续查询，选择装配体，右键可以对该装配体重命名，图示命名为：单轴线性气缸。（8）选择气缸的运动部分，将其装配为一个整体，即图示黄显部分。3.状态机的定义步骤（9）选择气缸的静态部分，将其装配为一个整体，即图示黄显部分。（10）如图所示，装配之后单轴线型气缸分为运动组件和机座组件两大部分。运动组件机座组件3.状态机的定义步骤（11）重命名：将运动组件重命名为“J1”，将机座组件重命名为“BASE”。（12）在模型定义栏中，选择“定义状态机”。3.状态机的定义步骤（13）在模型选择窗口中，点击“场景”，选择“单轴线性气缸”，然后“确认”。（14）在弹出的“定义状态机”界面中可以设置状态机的运动方式、方向以及运动范围。3.状态机的定义步骤（15）在选择运动方向时，利用三维球到点、垂直、反向等工具，调整J1方向如图所示。（16）添加具体的状态。移动J1位置，使其刚好接触物料方块。点击“添加状态”按钮，记录此位置。3.状态机的定义步骤（17）选择图示盖板，鼠标右键选择“几何属性”，然后在属性界面更改当前材料的透明度，以便后续记录状态机的第2个位置。（18）移动J1位置，使其刚好接触需旋转槽中的物料方块，图示位置为47.5。点击“添加状态”按钮，记录此位置。3.状态机的定义步骤（19）添加事件名字，方便后续使用这些特殊位置。同时添加运动时间，即为状态1→状态2的时间。（20）可以看到，定义后的状态机已在状态机栏目下。4.状态机的测试（1）选择已经定义的状态机，右键选择“切换状态”。（2）图示为状态1的位置。点击下拉按钮，可以切换状态。4.状态机的测试（3）图示为