[发明专利]一种面向周期控制器的以模式为基础的信物融合系统建模及验证方法

说明书

本发明公开了一种面向周期控制器的以模式为基础的信物融合系统建模及验证方法，所述方法包括：利用信物融合系统建模语言，分别构建抽象层面上的离散模式和连续模式，及具体层面上的离散控制流和连续控制流；结合上述获得的抽象层面和具体层面的建模模型，获得完整的信物融合系统模型，并以图形化方式表示；将上述获得的完整的信物融合系统模型中的变量、离散模式、连续模式、离散模式控制流、连续模式控制流按照翻译规则转换成混合自动机，进行形式化验证和性质分析。本发明方法能以图形化展示界面，方便用户的理解和建立模型，也为模型和高置信的形式化性质验证工具间建立有效的桥梁，节约信物融合系统模型的开发和高置信性质验证的时间和成本。

技术领域

本发明属于可信软件、智慧城市和航空航天技术领域，涉及一种面向周期控制器的以模式为基础的信物融合系统建模及验证方法。

背景技术

信物融合系统是由连续动力学和离散动力学组成的动态系统，连续部分通常对物理环境的相互作用进行建模，离散部分通常对控制系统的运行进行建模。计算和控制的结合可以导致非常复杂的系统设计，因此它们经常出现在航空航天、汽车工业和工厂自动化设计等领域。在航空航天领域，嵌入式软件及其运行环境具有高复杂性、不确定性和高实时性要求的特点。这就要求建模语言必须能够描述系统和环境的不同组成部分，能够深入刻画嵌入式软件的模型特征，能够组合表达多种交互模式。航天器的控制器一般设计成周期模块，对物理环境的进化进行监控，并对时间具有较强的敏感性。由于这种周期控制器的计算和控制组合较为复杂，对系统设计的安全性要求也很高，因此如何对其建模并进行形式化分析仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种面向周期控制器的以模式为基础的信物融合系统建模及验证方法，以对信物融合系统进行建模并进行高置信的形式化分析。本发明提出的信物融合系统建模方法可以在模式层对信物融合系统进行抽象层面的建模，抽象地表示控制器和物理环境以及他们间的交互转移关系，将复杂的系统交互模式宏观地表达出来，使得工程师能够高效地理解和分析系统需求并建模，以便发现需求中是否存在不一致或不明确的地方；其次，每个离散模式都包含离散控制流来构建控制器具体的控制逻辑，每个连续模式都包含连续控制流来构建环境具体的物理变化规律。抽象和具体层面建模的结合构成了完整的信物融合系统建模，并容易以图形化的方式表示出来。本发明将信物融合系统建模模型转换成混合自动机的方法，提供了连接HHML和信物融合系统高置信的验证工具的桥梁，在此基础上可以进行相关高置信的形式化验证和性质分析。

本发明提供了一种面向周期控制器的以模式为基础的信物融合系统建模及验证方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、利用信物融合系统建模语言HHML，分别构建抽象层面上表示控制器及交互转移关系的离散模式和表示物理环境及交互转移关系的连续模式；

步骤二、利用信物融合系统建模语言HHML，分别构建具体层面上表示控制逻辑的离散控制流和表示物理变化规律的连续控制流；

步骤三、结合步骤一中获得的抽象层面的建模模型和步骤二中获得的具体层面的建模模型，获得完整的信物融合系统模型，并以图形化方式表示；

步骤四、将步骤三中获得的完整的信物融合系统模型中的变量、离散模式、连续模式、离散模式控制流、连续模式控制流按照翻译规则转换成混合自动机，进行相关高置信的形式化验证和性质分析。

步骤一中，所述抽象层面的建模在模式层进行，抽象层面的建模可以抽象地表示控制器和物理环境以及他们之间的交互转移关系，将复杂的系统交互模式宏观地表达出来；所述模式层是指抽象层面的信物融合系统，包含离散模式和连续模式；所述离散模式是指抽象层面的控制器及转移关系；所述连续模式是指抽象层面的物理环境及其转移关系。