【摘 要】
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信息物理融合系统(Cyber-physical system,CPS)是一类将信息离散系统和物理连续系统融合在一起的复杂混合系统,涉及了感知、通信、计算和控制等多种技术,最终实现人与物、物与物之间的互联、互感和互控等。由于CPS较为庞大,包含了大量分布式、异构、并发和实时的组件,这给CPS的建模带来了极大的挑战。本文针对CPS的建模问题,做了如下几点工作:(1)概述了CPS的特点和建模挑战,归纳总
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信息物理融合系统(Cyber-physical system,CPS)是一类将信息离散系统和物理连续系统融合在一起的复杂混合系统,涉及了感知、通信、计算和控制等多种技术,最终实现人与物、物与物之间的互联、互感和互控等。由于CPS较为庞大,包含了大量分布式、异构、并发和实时的组件,这给CPS的建模带来了极大的挑战。本文针对CPS的建模问题,做了如下几点工作:(1)概述了CPS的特点和建模挑战,归纳总结出对CPS建模的主流方法和工具,选取形式化方法和Petri网作为本文的建模方法和建模工具,同时针对Petri网模型的事件驱动属性,提出一种新的CPS体系结构,并给出在此体系结构下CPS的运行方式、物理实体的形式化定义和能够描述实体时空变化的CPS事件的形式化定义;(2)虽然混合Petri网改进了原型Petri网对连续系统的建模描述能力,但面对CPS这类复杂的系统时,也会存在建模的繁琐和错误。针对这种情况,本文通过引入时间和空间属性,以及条件弧概念,提出一种增广混合Petri网模型,扩展了混合Petri网模型的建模描述能力,并针对汽车无人驾驶系统中ACC系统和LKA系统的工作流程进行了建模,构造出相应的模型图;(3)利用面向方面编程的思想引入方面网概念,方面网用于描述CPS的非功能属性,给出方面网与增广混合Petri网的编织规则,以及多个方面网之间的组合规则,最后通过编织技术将方面网与增广混合Petri网结合成一个完整的网系统,以实现对CPS的完整建模;(4)将增广混合Petri网模型转换为UPPAAL能处理的时间自动机模型,使用模型检验工具UPPAAL进行分析和验证。本文提出的增广混合Petri网,以及方面网的编织技术,可以有效降低CPS模型的复杂度,同时提高模型的完整度。
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