信息物理融合系統(tǒng)的形式化建模與分析.pdf

1、信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical Systems，CPS)是一類將物理對象與計算單元通過新型通訊網(wǎng)絡(luò)高度集成的復(fù)雜設(shè)備系統(tǒng)。面對物理對象的系統(tǒng)化集成高靈活性和功能復(fù)雜性的發(fā)展趨勢，程序設(shè)計也變的更為繁雜，且難以維護。CPS的應(yīng)運而生能夠合理的處理上述缺陷，它在時間與空間上都跟物理世界融合緊密，對時間特性要求非常高的實時系統(tǒng)，高度耦合連續(xù)事件與離散跳躍間的關(guān)系，是在嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上整合新型傳感器技術(shù)、智能控制技術(shù)等的新興技

2、術(shù)，實現(xiàn)人、機、物的緊密融合。
　　 對于傳統(tǒng)實時嵌入式系統(tǒng)功能單一，應(yīng)用范圍狹窄等問題，信息物理融合系統(tǒng)通過將計算、通信與實物緊密聯(lián)系起來，使物理設(shè)備能夠精確控制，讓整個世界都互聯(lián)起來，面對變化無常的應(yīng)用環(huán)境，實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)自身的運行狀態(tài)，保證應(yīng)用系統(tǒng)工作的安全性、實時性以及穩(wěn)定性。
　　 隨著CPS的研究日趨廣泛，對CPS的建模語言及軟件工具也甚為繁雜，關(guān)于系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性保障也是重點關(guān)注問題。modeliea建模

3、語言忽略了各應(yīng)用領(lǐng)域模型的內(nèi)部差異性，將各領(lǐng)域特征封裝與組件內(nèi)，利用接口方式進行通信，從而實現(xiàn)多領(lǐng)域建模功能，解決了現(xiàn)有的各類建模語言開發(fā)模型應(yīng)用領(lǐng)域受限的不足，高效的處理建模語言應(yīng)用于多領(lǐng)域問題。微分邏輯以數(shù)學方程為基礎(chǔ)來對信息物理融合系統(tǒng)進行描述，對系統(tǒng)的各屬性規(guī)約并驗證其正確性。通過微分邏輯非常強的推理自動化能力，對系統(tǒng)中的各種性能展開邏輯描述，并利用和其中抉擇邏輯對應(yīng)的定理去分析系統(tǒng)，簡明精確驗證應(yīng)用系統(tǒng)，以達到系統(tǒng)的最佳性能。

4、
　　 本文利用微分邏輯分析方法深入對信息物理融合系統(tǒng)的研究，結(jié)合信息物理融合系統(tǒng)典型應(yīng)用列車自動控制系統(tǒng)為例，對微分邏輯方法所建的信息物理融合系統(tǒng)模型進行分析，并驗證該實時系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性。首先將控制系統(tǒng)抽象分離為時間方面模型、通信方面模型、物理方面模型等子方面，分別對其屬性規(guī)約進行建模描述，然后將各子方面模型融合到控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，正則組合成一個完整的控制系統(tǒng)模型。最后通過實時推理驗證控制系統(tǒng)的性能，說明邏輯分析方法對信息