第7回 MBD【モデルベース開発】解説 コラム

第7回 MBD（モデルベース開発）コラム、今回は、Stateflowとは何かを紹介します。

 

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はじめに

Stateflowは、ステートチャートとフローチャートを記述するためのSimulink拡張機能です。
Stateflowチャートは、Simulinkモデルのブロックとして作成します。ライブラリブラウザで「Chart」ブロックを追加し、そのブロックをダブルクリックするとStateflowエディタが開きます。
それでは、ステートチャートとフローチャートのそれぞれについて、概要と具体例、どのような場合に利用できるかを見ていきましょう。

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ステートチャート

まず、ステートチャートからご説明します。ステートチャートは、「状態遷移図」と同じものです。
“モード”あるいは“状態”に応じて処理を切り替えたい場合、例えば出力する値の算出方法を切り替えたい場合に、「モードや状態がどのように遷移するか」、「各モードや状態でどのように値を算出するか」といった内容を記述できます。
また、シミュレーションによって、状態遷移の様子や、各状態で実行される演算の様子を確認することもできます。

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ステートチャートの実装例

実装例を見てみましょう。
こちらは、開始ボタンと停止ボタンしかもたない単純なストップウォッチのステートチャートです。
「モードや状態がどのように遷移するか」が矢印で表現され、「各モードや状態でどのように値を算出するか」が箱の中に記載されています。

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ステートチャートの使いどころ

ステートチャートでは、条件に応じて状態を切り替える、あるいは状態に応じた値を生成して出力する、などのロジックを作成できます。
ただし、このようなロジックは Simulink を用いて記述することも可能です。では、どのような場合にStateflowを使用すれば良いでしょうか。
主な基準としては、
・状態の数が多い
・現在の状態によって移行先が限定される
といった場合に、Stateflowの方が簡潔に記述でき、わかりやすい表現になることが多いと考えられます。

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フローチャート

次にフローチャートです。こちらは、「流れ図」に該当します。
順次・分岐・反復といった制御構造の記述方法がパターン化されており、そのパターンに従って、処理の流れ・手順を記述できます。
また、シミュレーションによって、処理ステップとその経過を確認することができます。

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フローチャートの実装例

こちらは、1から指定された値までを足し込み、それが100を超えるかを判定するロジックの実装例です。
値の足しこみが、繰り返しとして表現され、その後、100を超えるかの判定が、分岐として表現されています。右に示したのは、同じことを表すCのコードです。

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フローチャートの使いどころ

フローチャートを用いると、制御構造は可視化できますが、実際の演算記述はソースコードとあまり変わりがなく、演算が複雑な場合、ロジックの可視化という点ではSimulinkに劣ります。
そのため、フローチャートについては、まずはSimulinkの使用を検討しましょう。そのうえで、演算が単純な式のみで構成されていて、Simulinkよりも簡潔に書ける場合は、Stateflowを使用してもよいでしょう。また、繰り返し構造をSimulinkよりも効率よく記述できるので、演算に繰り返し構造が含まれる場合はStateflowも候補になります。

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まとめ

本コラムでは、Stateflow の主要機能であるステートチャートとフローチャートについて簡単に説明しました。
Stateflowを使って書ける内容は、Simulinkでも記述できることが多いのですが、複雑な状態切り替えのモデリングや、繰り返し構造を含む処理手順のモデリングの場合は、Stateflowを使用すると効果的です。
Stateflowを上手に活用しましょう。

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