多机器人路径规划的安全性验证

近些年来,伴随着人工智能领域的浪潮,机器人越来越多的出现在我们的日常生活中,例如足球机器人、无人机、无人车等.如何保证这些自治机器人尤其是多个机器人在移动过程中的安全成了人们一直很关心的问题.混成通信顺序进程（Hybrid Communicating Sequential Process,HCSP）是一个针对混成系统的形式化建模语言,在通信顺序进程（Communicating Sequential Process,CSP）的基础上引入了微分方程以描述混成系统中的连续行为和控制逻辑,可以方便高效地对大型控制系统尤其是在有通信事件发生时的情形进行形式化建模.本文就是用HCSP建模多机器人的路径控制算法,并用定理证明工具HProver进行形式化验证.结果证明了在满足一定初始条件下,机器人团队在整个运行途中不会发生碰撞.     

基于微分动态逻辑的铁路道口控制分析

利用微分动态逻辑对铁路道口控制进行形式化分析与建模.在火车从发送接近信号到进入道口的运动过程中,根据火车到达道口时间上的要求,将火车速度控制问题抽象成一个混成系统的安全性性质,用微分动态逻辑来描述,并使用混成系统证明工具KeYmaera对系统的安全性进行验证,以实现对火车进入道口前速度的正确控制.     

协作机器人逆运动学形式化建模与验证

在机器人迅速发展的时代,人机协作型机器人安全性问题是人们关注的焦点.机器人逆运动学的建模与求解是决定其安全性的必要因素之一.旋量法是一种机器人逆运动学建模的常用方法,它可以解决传统D-H参数法的奇异性问题.然而,在建模过程中,旋量法会因人为因素或软件系统缺陷导致模型出现漏洞,从而威胁操作人员安全.因此,本文在旋量高阶逻...     

群机器人区域覆盖算法高阶逻辑建模与验证

区域覆盖算法广泛用于群机器人解决资源勘查、目标搜救、地形测绘等问题.目前,对区域覆盖算法的研究主要是用传统计算机仿真和数值计算方法对算法模型进行测试,然而,软件系统缺陷可能会使测试结果出现偏差,导致任务失败.因此,本文采用定理证明的形式化方法,基于交互定理证明器HOL-Light中集合库、实分析库等定理证明库,实现了群...     

CPN在FCM形式化建模与验证中的应用

联邦概念模型(FCM)是整个联邦系统开发的依据.针对当前FCM建模能力差、可重用性低,以及很难实现FCM的动态行为验证的缺陷,分析了国内外形式化建模与验证方法研究的现状,提出了一种基于着色Pe‘网(CPN)的联邦概念模型形式化建模与验证方法,给出了用CPN建立与验证FCM的步骤,并以-制造系统为例,利用CPN Tools建立了系统的FCM,验证了所建模型的活性、家态和公平性.研究表明,CPN能够为FCM的形式化建模和验证提供有效的支持.     

物联网系统的组合与验证

目前针对物联网的研究主要是对系统进行整体分析,设计与验证过程较复杂。为此,利用混成系统对物联网系统进行建模,将一个复杂的物联网系统拆分成若干个小的成员系统,分别验证每个成员系统的特性,并通过组合实现对整个物联网系统的验证。以智能交通系统为例进行分析,结果表明,该方法可降低系统分析和验证的复杂度,提高模块化程度,保证物联网系统的可扩展性。     

基于DH标定的机器人正向运动学形式化验证

DH坐标系在机器人运动学分析中发挥着重要的作用。在基于DH坐标系构建的机器人控制系统中,机器人结构的复杂性使得构建安全的控制系统成为一个难题,仅仅依靠人工方法可能导致系统漏洞和安全风险,从而危及机器人的安全。形式化方法通过演绎推理与代码抽取实现了对软硬件系统的设计、开发及验证。基于此,本文设计了基于DH标定的机器人正向运动学的形式化验证框架。在Coq中构建了机器人运动理论的形式化证明,并验证控制算法的正确性以确保机器人的运动安全。首先,对DH坐标系进行形式化建模,构建相邻坐标系间转换矩阵的形式化定义,并验证了该转换矩阵与复合螺旋运动的等价性;其次,构建了机械臂正向运动学的形式化定义,并对机械臂运动的可分解性进行形式化验证;再次,本文对工业机器人中常见连杆结构及机器人进行形式化建模,并完成了正向运动学的形式化验证;最后,本文实现了Coq到OCaml的代码抽取,并对抽取的代码进行分析与验证。     

舰载机弹药保障作业调度的形式化建模与验证

航母舰载机弹药保障作业的智能规划作为一种高效能航保作业调度方法,是助推航母工程先进技术建设发展的重要途径之一.高安全攸关属性下作业规划方案的正确性保证已经逐渐成为制约其实际应用部署安全的关键技术瓶颈.针对方案正确性验证中存在的弹药保障系统难建模、作业执行行为难描述、形式验证工具难实现等挑战,基于分离逻辑的思想,提出一种弹药保障系统的行为模型,并利用定理证明器Coq对作业规划方案进行形式化验证.首先提出一个符合弹药保障作业特征的序列化双层资源堆模型;基于该模型,构造一套可用于描述作业执行行为的建模语言及其操作语义;最后在Coq中实现一种证明辅助工具.通过几个典型弹药保障作业规划方案的交互式证明实例,验证工具的可用性与工程实用性.     

空间生命支持系统中VCCR子系统的安全性验证

基于动态微分逻辑的混成系统形式化验证理论,分析空间生命支持系统的一个子系统VCCR(Variable Configuration Carbon Dioxide Removal)的安全性。将VCCR系统基于混成程序建模,并给定需验证的安全性性质,使用KeYmaera混成系统形式化验证工具进行验证,证明了空间生命支持系统中VCCR子系统的安全性。     

面向需求的安全关键系统形式化建模与验证方法研究

在安全关键系统领域中,明确的需求对于一个系统的作用至关重要。使用基于模型的系统工程思想对自动飞行控制系统进行面向需求的形式化建模与验证,使用RSML~(-e)语言对自动飞行控制系统(AFCS)需求进行建模,提出一种将RSML~(-e)模型转化成NuSMV 2模型的方法,并用NuSMV 2对模型的属性进行验证。针对一个真实综合航电系统中的自动飞行控制系统GFC700进行分析验证,实验结果表明,该方法对实际系统的安全性分析具有可行性。     

基于扩展Petri网的系统建模及形式化验证方法*

嵌入式实时系统对时间约束性、安全性和可靠性具有非常高的要求,但是传统的建模和形式化验证方法难以满足对系统的实时性和安全性的模拟和验证需求。通过对有色Petri网的时间属性进行扩展,提出了实时有色Petri网模型,能够对系统的时间属性进行模拟和评估;参考实时有色Petri网模型到时间自动机的语义转换规则对模型进行转换,可以利用时间计算树逻辑对系统的实时性、安全性和可靠性进行形式化验证。以列车通信网络控制器的双线冗余控制模块的建模和形式化验证为例,证明了该方法的有效性。     

基于SCADE的形式化验证技术的改进研究

为保证SCADE软件开发的安全性,研究了SCADE形式化验证技术,指出其不足,提出了基于代码生成器的解决方法.该方法对安全特性属性引入了逻辑描述,并利用SCADE编辑器及代码生成器的特点,对SCADE形式化验证技术进行改进,降低了模型正确性确认时人为的主观性.通过实例阐述了应用该方法进行形式化验证的一般步骤,表明了该方法是有效可行的.     

学习人类控制策略的双足机器人步态控制研究

针对双足机器人面临的复杂环境下动态行走的适应性难题,提出了一种基于学习人类控制策略的双足机器人步态控制方法。利用三维线性倒立摆模型构造双足行走系统的状态方程,建立学习人类控制策略的参数化模型,设计了基于SVM的学习型控制器。该方法保证了躯干始终处于与地面近似垂直,增强了步态控制的鲁棒性,提高了双足机器人在复杂环境下行走的动态稳定性。实验验证了该方法的有效性。     

基于零级泛与运算的谓词形式系统及其可靠性*

对基于零级泛与运算的一阶谓词演算形式系统进行公理化。通过引入全称量词和存在量词,建立与命题形式系统ULh∈(0,1]相对应的一阶谓词形式系统ULh∈(0,1],证明了其可靠性定理和演绎定理。从而得到所给形式系统中的定理均为重言式,保证了推理的有效性。     

Reduction Semantics and Formal Analysis of Orc Programs

Orc is a language for orchestration of web services developed by J. Misra that offers simple, yet powerful and elegant, constructs to program sophisticated web orchestration applications. The formal semantics of Orc poses interesting challenges, because of its real-time nature and the different priorities of external and internal actions. In this paper, building upon our previous SOS semantics of Orc in rewriting logic, we present a much more efficient reduction semantics of Orc, which is provably equivalent to the SOS semantics thanks to a strong bisimulation. We view this reduction semantics as a key intermediate stage towards a future, provably correct distributed implementation of Orc, and show how it can naturally be extended to a distributed actor-like semantics. We show experiments demonstrating the much better performance of the reduction semantics when compared to the SOS semantics. Using the Maude rewriting logic language, we also illustrate how the reduction semantics can be used to endow Orc with useful formal analysis capabilities, including an LTL model checker. We illustrate these formal analysis features by means of an online auction system, which is modeled as a distributed system of actors that perform Orc computations.     

时序逻辑语言XYZ/E中指针的形式化表示与验证

指针是一种重要的数据类型,使用指针能使程序更加有效和优美.可是指针却以不易驾御而闻名,至今在时序逻辑语言中未见到对它的形式化工作.XYZ/E既是一个时序逻辑系统也是一个程序设计语言,它能表示普通高级语言中几乎所有的重要机制.本文主要讨论在时序逻辑语言XYZ/E中指针的形式化表示问题以及在结构化XYZ/SE程序中指针的验证问题.     

列车安全距离控制形式化建模与验证

随着我国铁路的迅速发展,对列车运行安全性的要求越来越高。采用Event-B形式化建模方法研究了高速列车安全距离控制形式化验证问题,以Event-B形式化仿真工具Rodin为基础,通过结合多智能体理论,引入感知决策法则,实现了无线闭塞中心(RBC)与列车的车地通信,建立了多列车运行的安全距离控制模型。仿真研究了高速列车最小间隔追踪控制运行,对列车安全距离控车行为进行了形式化建模并进行了POs证明义务验证。仿真结果表明,对于CTCS列车控制系统的复杂逻辑关联行为,采用提出的Event-B和多智能体系统(MAS)结合的形式化验证方法,可进行系统规范的模型验证,对于复杂系统的逻辑验证有较强的实际意义。