4. 层次化状态机：电梯控制系统
任务目标
使用Simulink Stateflow构建一个电梯控制系统的层次化状态机。系统包含主状态（电梯运行方向与停止）和子状态（开门/关门），能够响应外部楼层请求信号，完成电梯的升降与开关门操作模拟。
系统行为定义
- 主状态：
IDLE（待机）、UP（上行）、DOWN（下行）。 - 子状态：在
IDLE主状态下包含DOOR_OPEN与DOOR_CLOSED两个子状态。 - 输入信号：
floor_call（目标楼层，数据类型uint8）、current_floor（当前楼层，uint8）。 - 输出信号：
door_open（boolean，开门指示）、moving_up（boolean）、moving_down（boolean）。
逻辑规则：电梯仅在IDLE且门关闭时响应楼层请求；到达目标楼层后停止并开门，延时后自动关门回到待机。
Stateflow模型实现
在Simulink中新建空白模型，添加Stateflow Chart模块，双击进入编辑环境。按以下结构创建状态与迁移：
// Chart内部层次结构（文字描述对应图形化建模）
// 顶层状态：IDLE（含子状态）、UP、DOWN
// IDLE 内部子状态机：
// DOOR_CLOSED --[after(2,sec) 且 door_open==false]--> DOOR_OPEN
// DOOR_OPEN --[door_open==true 且 floor_call==current_floor]--> DOOR_CLOSED
// 顶层迁移：
// IDLE.DOOR_CLOSED --[floor_call > current_floor]--> UP
// IDLE.DOOR_CLOSED --[floor_call < current_floor]--> DOWN
// UP --[current_floor == floor_call]--> IDLE.DOOR_OPEN
// DOWN --[current_floor == floor_call]--> IDLE.DOOR_OPEN
在Chart的Symbols中添加输入floor_call、current_floor，输出door_open、moving_up、moving_down。在Chart Properties中设置触发类型为Function Call或Sample Time（建议使用采样时间0.1s的离散触发）。
关键代码（Stateflow图形化逻辑对应的文本表示）
以下为Chart内部各状态entry动作的代码片段，用于在Simulink中直接输入到对应状态的entry/exit区域：
// 状态UP的entry动作
moving_up = true;
moving_down = false;
door_open = false;
// 状态DOWN的entry动作
moving_up = false;
moving_down = true;
door_open = false;
// 状态IDLE.DOOR_OPEN的entry动作
door_open = true;
moving_up = false;
moving_down = false;
// 状态IDLE.DOOR_CLOSED的entry动作
door_open = false;
moving_up = false;
moving_down = false;
// 状态IDLE.DOOR_CLOSED的during动作（用于模拟电梯位置更新）
// 实际位置更新建议在Simulink层通过积分器实现，此处仅做状态判断
Simulink模型搭建与仿真配置
- 添加Constant模块作为
floor_call输入（例如设为3）。 - 添加Step或Ramp模块模拟
current_floor变化（例如从1开始，每0.5s增加1，模拟电梯上行）。 - Chart输出连接至Scope模块观察波形。
- 设置仿真停止时间为10秒。
验证方法与通过标准
- 场景1（上行）：设
floor_call=3，current_floor从1开始递增。观察Scope：当current_floor到达3时，moving_up由1变为0，door_open变为1，持续2秒后变为0。 - 场景2（下行）：设
floor_call=1，current_floor从3开始递减。观察moving_down信号在到达1时归零，随后开门2秒。 - 判定通过：上述两个场景中，输出信号变化时序与定义完全一致，且无状态卡死（即门能自动关闭，电梯能响应下一次呼叫）。
常见问题排查
- 若门不自动关闭：检查
DOOR_OPEN到DOOR_CLOSED的迁移条件是否使用了after(2,sec)，且确认Chart的触发方式为时间触发而非事件触发。 - 若电梯不响应呼叫：确认当前处于
IDLE.DOOR_CLOSED状态，且floor_call与current_floor数据类型一致（均为uint8）。