[发明专利]一种基于CPS‑ADL模型向混合程序转换的CPS建模与验证方法有效
申请号: | 201310723208.1 | 申请日: | 2013-12-25 |
公开(公告)号: | CN103699743B | 公开(公告)日: | 2017-01-25 |
发明(设计)人: | 周兴社;拓明福;张凡;杨刚;单黎君;杨亚磊;张军 | 申请(专利权)人: | 西北工业大学 |
主分类号: | G06F17/50 | 分类号: | G06F17/50 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 710072 *** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | 本发明公开了一种基于CPS‑ADL模型向混合程序转换的CPS建模与验证方法,主要用于处理CPS建模与属性验证问题,其特征在于在CPS‑ADL平台上采用扩展的混成系统描述语言E‑HYSDEL对CPS进行建模;给出HP模型的形式化定义HPM,并在满足模型转换一致性的前提下建立CPS‑ADL模型元素与HP模型元素之间的转换规则;基于这些转换规则,将具体CPS的模型描述代码自动转换为混合程序;按照定理证明器KeYmaera的输入格式,由混合程序和以动态微分逻辑描述的系统属性公式生成KeYmaera的输入文件;在KeYmaera中打开输入文件,进行推理验证。本发明细化了基于CPS‑ADL模型向HP转换的方法和机制,实现了CPS‑ADL模型元素向HP模型元素转换的规则。 | ||
搜索关键词: | 一种 基于 cps adl 模型 混合 程序 转换 建模 验证 方法 | ||
【主权项】:
一种基于CPS‑ADL模型向混合程序转换的CPS建模与验证方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:对混成系统描述语言HYSDEL进行扩展,得到在CPS‑ADL平台中对CPS行为建模的语言E‑HYSDEL;在HYSDEL声明部分INTERFACE中添加时间的声明,这部分时间属性的声明包括两部分:连续状态变化的连续时间变量tx以及输入控制量的时间tu或Ts,其中连续状态变化的时间tx表示当前系统物理实体的时间,tu表示连续的输入控制量u的时间,Ts则表示离散的输入控制量U的时间戳;步骤2:给出混合程序模型HPM的形式化定义:HPM=(PD,VD,PC,SHPS)其中,PD表示参数声明;VD表示动态变量声明;PC表示前置条件,也就是系统运行前各数据满足的条件;SHPS表示混合程序中包含的子混合程序模型SHP集合,每个SHP的形式化定义如下:SHP=(MS,DTS,CTS)MS(Mode Set)表示离散状态模式的集合;DTS表示离散状态迁移集合,即Mode之间的迁移;CTS表示连续迁移集合,描述单个Mode内部的连续变化过程;步骤3:建立CPS‑ADL模型元素与HPM元素之间的转换规则:CPS‑ADL各个模型元素由E‑HYSDEL的不同函数进行描述,建立两种模型之间的元素转换规则是给出CPS‑ADL模型中的函数与HPM中各元素之间的映射关系,按照内容不同,把转换规则分为数据转换规则、结构转换规则、模式转换规则、迁移转换规则和约束转换规则五类;本步骤中所述数据转换规则、结构转换规则、模式转换规则、迁移转换规则和约束转换规则具体为:数据转换规则:将INTERFACE部分的INPUT函数、INTERFACEOUTPUT函数和AUX函数映射为HPM中的元素VD;将PARAMETER函数映射为HPM中的元素PD;结构转换规则:将STATE函数中的每个状态变量转换为一个SHP,从而STATE函数映射为SHPS;模式转换规则:从AD函数、DA函数、LOGIC函数、COUTINUOUS函数、LINEAR函数和AUTOMATA函数映射各SHP中的MS,布尔型变量对应两个Mode,连续型变量对应的Mode数量与其函数式的分段数量相等,每个Mode的基本属性包括名称、类型,对于连续型变量对应的Mode,还要描述变量在当前Mode下的变化公式,进一步,根据变量间的依赖关系将Mode加入到相应HPM的MS中,同一个Mode若与多个状态变量有直接或间接依赖关系,则可加入到多个HPM的MS中,若两个Mode分别是某个迁移的源节点和目标节点,则加入到相同的HPM中;迁移转换规则:从AD函数、DA函数、LOGIC函数、COUTINUOUS函数、LINEAR函数和AUTOMATA函数映射各SHP中的DTS和CTS,分支结构的一个分支对应一个迁移,迁移规则描述包括源节点、目标节点、迁移触发条件和迁移输出,根据迁移的源节点和目标节点,将迁移加入相应的SHP;约束转换规则:将MUST函数以及INPUT函数和STATE中对变量取值的限定条件转换为HPM中的PC;步骤4:在CPS‑ADL平台上采用扩展的混成自动机描述语言E‑HYSDEL对CPS进行建模;步骤5:利用步骤3中建立的两种模型元素间的转换规则,根据步骤4中建立的CPS模型生成HPM,然后根据HPM得到混合程序;步骤6:将需要验证的CPS属性描述为符合微分动态逻辑的属性约束公式,进行规约;步骤7:根据定理证明器KeYmaera的输入格式要求,将步骤5中得到的混合程序和步骤6中得到的属性约束公式格式化,最后生成KeYmaera的输入代码;对照HP表示法和KeYmaera输入表示法,替换HP中运算符、标识符语法元素,添加辅助标识,调整构成元素的位置和结构;步骤8:在定理证明器KeYmaera中打开步骤7中得到的输入代码文件,进行验证,得到验证结论。
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