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基于层次模型的混合系统形式化分析与验证

何安平  
【摘要】:随着科技的进步,尤其是电子技术的长足发展,以及社会生产和生活的需求,计算机相关的技术对各种技术领域的涉及程度越来越广泛和深入,这就导致了以连续与离散行为共存为特点的混合系统的广泛使用。我们从形式化地角度来研究混合系统。目前混合系统的形式化分析、验证与模拟方法主要有两类,即演算推演法和混合自动机法,二者的理论都已经比较成熟,都要求将实例空间映射到理论空间,而后应用这些成熟的理论和方法进行分析验证。但是上述两个空间的映射,即建模方法,目前还比较混乱,并没有形成统一的有效框架,还处于具体实例具体分析的手工阶段。 混合系统的研究对象包含控制系统、嵌入式系统和Cyber Physical系统等,这些系统的设计阶段都大量采用了成熟的层次化设计思路,并生成大量的层次化设计文档。那么快速准确地从层次化设计中得到混合系统形式化分析模型,并对此模型进行分析验证的工作就非常具有实际意义。 本文研究将这种工业界常用的层次化设计,直接对应到混合系统形式化分析对象的方法。我们的依据是一种广泛采用的层次化设计概念模型[24],首先研究这种层次化概念模型的符号化表示,即层次化形式模型,而后基于此形式模型,探讨时段演算推演方法及混合自动机方法的语义,将此层次化混合系统形式模型映射为时段公式或混合自动机,最后按照(扩展)时段演算和混合自动机理论进行分析验证,并给出实例来阐述这种方法的可行性。


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