设备自动巡检控制逻辑的层级时间自动机建模与验证

地下建筑工程中的设备系统经常处于静止状态,为保证其在需要时能安全可靠地运行,需对设备进行定期的自动巡检。在自动巡检的过程中,设备自动巡检控制逻辑起到了举足轻重的作用。为了解决复杂的设备自动巡检控制逻辑造成的一系列问题,之前提出了一种层级有限自动机(HFA)的形式化模型,并利用HFA对设备自动巡检控制逻辑实现了行为建模,但并未添加时间属性,也未验证其正确性与可靠性。现提出一种层级时间自动机形式化模型,并利用它对设备自动巡检控制逻辑进行建模,再利用UPPAAL对其进行分析与形式化验证,分别验证其安全性、可达性、活性及时间约束,以此来确保其时效正确性与可靠性。这种建模与形式化验证方法弥补了之前无时间约束的漏洞,有效确保了设备自动巡检控制逻辑的正确性与可靠性。最终,该模型通过了模拟和验证,这充分证明了设备自动巡检控制逻辑是正确可靠的。     

基于时间自动机的信息物理融合系统建模与验证

信息物理融合系统的建模和验证是当前研究的一个热点。本文通过分析信息物理融合系统的体系结构,利用时间自动机为建模工具,将该结构中的各个组件分别进行建模,以表现它们的分布性和实时性。这些时间自动机组成一个网络模型,用于刻划整个系统之间的并发通信和协作过程。最后,提出一组该系统要满足的性质(包括时间约束),运用模型检测工具UPPAAL自动验证本系统的正确性。     

基于时间自动机的实时系统建模及验证

实时系统必须在一个事先定义好的时间限制内对来自外部或内部的事件进行响应,如何有效验证实时模型的正确性和安全性是一个难点.文章通过多个时间自动机来模拟实时系统中的各个对象,并用UPPAAL对模型进行验证,减少了模型验证的状态搜索空间,为实时嵌入式系统开发和验证提供了一种可行、安全的控制机制.实验结果显示了系统的有效性.     

物联网系统时间自动机建模的研究与应用

探讨基于时间自动机理论进行物联网系统建模和模型检测的理论、方法、工具和实践.对时间自动机的基础理论进行比较全面和精确的论述,完善部分概念及其精确的形式化定义.提出基于时间自动机理论进行建模的方法,并指出时间自动机理论研究对物联网系统建模的指导意义.介绍时间自动机的建模工具UPPAAL,说明基于UPPAAL建立时间自动机...     

移动支付协议PCMS的形式化分析和验证

移动电子商务协议的形式化分析和验证是近年来移动电子商务协议的一个重要研究热点。以一个支付网关为中心的匿名的移动电子商务支付协议PCMS为研究对象,建立了PCMS协议的时间自动机模型,并用计算树逻辑CTL公式描述PCMS协议的部分性质,最后利用模型检测工具UPPAAL对PCMS协议的无死锁、时效性、有效性和钱原子性进行检测验证。验证结果表明,以支付网关为中心的匿名的安全支付协议PCMS满足无死锁、时效性、有效性和钱原子性。     

UPPAAL--一种适合自动验证实时系统的工具

UPPAAL是一个基于时间自动机的自动验证工具,已成功地用于实时控制器和通信协议等实时系统的验证.本文介绍了UPPAAL的语法,语义和语用,列举了它的几种扩展形式,并归纳了其应用及研究现状.     

基于UPPAAL的实时系统模型验证

UPPAAL是一种使用时间自动机模型的实时系统验证工具,它可以避免时间自动机求积时状态空间的爆炸。介绍了时间自动机理论和工具UPPAAL,着重说明如何用UPPAAL进行模型检查,并给出了一个应用实例。     

工业机器人三维仿真系统的运动学建模

本文讨论了工业机器人三维仿真系统的运动学建模问题，给出了运动学正解和运动学反解的算法，并运用于仿真系统中，证明了算法的可行性。     

基于模型检测的多轮FR协议验证

随着网络的大规模应用,越来越多的协议在并发环境中执行,时间也成为协议中一个重要因素.本文对公平交换协议Franklin/Reiter协议加入了时间因素,用时间自动机对其建模,并用自动验证工具UPPAAL验证了单轮协议的性质.重点验证了并发环境中多轮协议的执行情况,最后给出了协议在多轮情况下正常执行需满足的条件.     

基于UPPAAL的WSNs数据收集协议的建模与分析

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)广泛应用于各类数据收集系统,如居民区无线抄表(包括水表、电表和燃气表)系统。数据收集协议设计的正确性与合理性是影响网络正常运作的关键因素。针对数据收集协议的实时性需求,提出了基于UPPAAL实时模型检查器的WSNs数据收集协议的建模与分析方法。由于UPPAAL的输入模型相对于一般时间自动机模型而言较为复杂,因此首先对所选数据收集协议的通信行为建立一般时间自动机模型,之后再将其进一步转换为UPPAAL的输入模型。为了阐明该方法的有效性,选择了一个实际的无线抄表数据收集协议WM2RP作为例子进行建模,并利用UPPAAL分析其性质。分析结果显示,该协议能够满足一些与安全性及可靠性相关的性质。为了从多角度对协议进行分析,进一步建立了WM2RP协议的异常模型和能耗模型。     

基于时间Petri网的嵌入式系统中断建模与验证

嵌入式系统为中断驱动系统,但中断触发的随机性和不确定性导致中断缺陷很难被追踪发现,并且一旦发生中断故障,往往会使整个嵌入式系统陷入崩溃。因此必须保证中断系统软件的可信性,但是目前缺乏有效的中断系统资源冲突检测方法。针对上述问题,文中首先提出了一种基于时间Petri网的中断系统建模方法,其能够对中断的并发性和时间序列进行有效建模。然后,为方便后续形式化验证,将时间Petri网模型转化为与之等价的时间自动机模型,并提出一种符号编码方法对时间自动机进行形式化编码,将系统模型与所需验证性质编码为一阶谓词逻辑公式,从而能够通过SMT对时间自动机的不变属性进行BMC验证。最后,通过SMT求解器Z3进行实验,实验结果证明了所提方法的有效性。     

模块化工业机器人嵌入式控制系统的研究

针对模块化机器人控制系统的重构问题,提出了一种柔性的嵌入式控制系统体系结构.该控制系统各种软硬件功能模块被抽取成标准构件,硬件模块设计采用了双核处理器以便满足计算能力和小型化的需求,模块之间通过标准的现场总线接口进行通信.机器人控制软件采用了基于构件的组态结构,它由柔性嵌入式控制系统开发平台、机器人功能构件库和运动规划与控制算法构件库三部分组成,实时性和非实时性的软件模块都按标准接口进行封装.机器人轨迹插补运算采用双DDA算法,逆运动学求解利用相邻轨迹点的关节坐标绝对增量最小原则去除冗余解.该嵌入式控制系统在六关节工业机器人选行了应用,实验结果表明它能适应机器人机械结构和作业任务的变化,使系统开发周期大大缩短.     

混杂系统的扩展时间自动机模型及验证研究

混杂系统复杂度高且涉及领域广,没有通用的方法来解决分析、设计等问题。为解决一类工业控制混杂系统的建模和验证问题,对时间自动机进行了语义扩展,使其含有连续变量以及映射在其上的约束,使用扩展后的时间自动机对此类混杂系统进行建模,采用验证工具UPPAAL进行模型分析模拟,并使用简化的CTL对系统需求规范进行验证。具体实例研究表明,该方法对于分析设计一类混杂系统具有可行性和有效性。     

模块化可重构机器人动力学研究进展

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点. 模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表包括仿生多足模块化机器人、模块化可重构机械臂、晶格式模块化机器人等. 模块化可重构机器人丰富的构型设计、多样的连接特征、不断拓展的应用范围,给动力学建模与控制带来了很多挑战和机遇. 本文首先阐述了模块化可重构机器人的研究背景和意义,并概述了其构型分类与设计、构型描述与运动学建模方法.随后,本文系统回顾了模块化可重构机器人动力学研究中相关问题的最新进展,包括：(1)系统整体动力学建模;(2)结合面以及对接机构动力学建模;(3)基于动力学模型的控制方法. 本文最后提出了模块化可重构机器人动力学研究中若干值得关注的问题.     

基于时间自动机的物联网服务建模和验证

物联网服务的建模和验证是当前物联网服务提供中的一个重要问题.文中将物联网服务的行为建模为其与相关环境实体的交互,并引入环境实体以刻画物理世界各种物体的属性和行为,从而将物联网服务能力建模为它能够导致的环境实体发生的期望变化.文中以时间自动机为建模工具,分别为将要监测和要控制的物理环境实体以及不同种类的物联网服务独立建模...     

单道批处理系统的建模与验证

单道批处理系统的模型是其性能评价、仿真、作业调度及控制的研究基础。建立了单道批处理系统的一个数学模型—批处理自动机,并给出了相应的转换算法,将所建数学模型转换成Kripke结构;完成了基于Kripke结构的单道批处理系统模型检测,验证了单道批处理系统的合理性即兼顾公平性与效率。     

机器人关节通信总线系统的建模与验证

高速串行现场总线Controller Area Network （CAN）被广泛部署到机器人通信系统中.而服务机器人任务具有并发性和高实时性的特点,因此如何根据总线协议规范和应用需求精化设计模型,保证系统设计的正确性和实时性要求,避免设计阶段的漏洞十分必要.针对传统方法的局限性,本文提出使用形式化方法对基于CAN现场总线型控制系统进行建模分析.首先对系统进行模型抽象和形式表达;其次进行形式建模和自动验证,在UPPAAL中实现主控制器、关节控制器、收发器、仲裁器和CAN总线的时间自动机模型;最后对机器人通信系统进行正确性验证和实时性分析.实时性分析发现随着总线上关节节点数的增多,低优先级节点的最坏仲裁时延的增长速率加大,针对这个问题在形式模型中加入了改进的动态优先级策略.实验结果表明部署动态优先级策略后不仅减小了低优先级节点的仲裁时延而且还可以加大CAN总线的节点负载量,为系统设计提供有效的指导和参考.     

基于模块化的SCARA机器人结构设计与优化

基于模块化的方法设计了一款SCARA机器人。采用高度集成的关键部件,简化了机器人的整体结构。通过改变末端滚珠丝杠滚珠花键的安装方式,优化了机器人的第三第四关节结构,降低了小臂整体的重心,改善了小臂的受力状况。并在Solid Works环境下对小臂进行了受力、变形分析,证明了设计的合理性。     

基于LLWin模块化语言与嵌入式设计的机器人控制系统设计

在工业机器人现代设计过程中,可以采用基于模型的嵌入式设计方法,进行机器人系统设计;在完成机器人总体方案设计后,用“慧鱼创意组合模型”拼装成机器人模型,采用LLWin模块化编程语言编制控制程序,对机器人进行控制,可以使机器人系统控制设计得到一个真实的验证,缩短设计周期,从而使控制系统设计优化。