基于混成自动机的矿井机车无人驾驶系统模型

矿井机车无人驾驶系统显著表现出连续和离散同时存在的混成特征,混成自动机能够精确刻画其系统演化过程,文章研究该系统的建模及验证问题。首先设定遵循安全高效驾驶原则的时间演化行驶过程模型;然后定义影响系统演化的各道岔信号灯状态事件,并给出不同类型事件下的系统状态转换时刻递推算法,从而得到系统混成自动机模型;最后以多种场景下的数值结果验证了模型的正确性与完备性。     

时间自动机与信号自动机的互模拟算法

基于时间自动机的验证工具已被广泛应用于实时系统模型验证。信号自动机为一类实时系统建立了比时间自动机更适合的模型,但是它还不能用于实际的实时系统模型验证,因为没有验证算法可用。把信号自动机验证问题归约到了时间自动机验证问题：证明了两种自动机具有相同的识别语言能力,证明了二者具有双向模拟关系,并在此基础上提出了线性的互模拟算法。把互模拟算法和已有的时间自动机验证算法结合起来,就得到了信号自动机的验证算法,从而解决了对信号自动机模型的验证问题。     

业务流程的形式化设计与验证

针对如何保证业务流程设计模型与业务需求的一致性问题,在研究有限自动机模型的基础上,提出了一种业务流程的自动机模型构建和验证方法.采用扩展的带约束条件的确定有限自动机对业务流程设计模型进行形式化描述,使用线性时序逻辑表示业务需求,分别给出业务流程设计模型到自动机模型和自动机模型到Promela描述的转换算法,并通过模型检测技术,使用Spin工具验证设计模型是否满足需求性质.若不满足性质,则能够获得反例执行的路径.实例分析表明,该方法可用于业务流程设计的正确性验证.      

基于时间自动机的UML模型转换与验证研究

针对无法对UML模型进行形式化验证的问题,提出在元模型层将UML模型转换为时间自动机模型并进行验证的方法.形式化UML状态机的结构,抽象出UML和时间自动机的元模型,利用模型转换语言ATL对UML元模型和时间自动机元模型构造映射规则,实现UML模型到时间自动机模型的转换,在模型验证工具Uppaal中对转换结果进行形式化验证.最后进行实例研究,结果表明了此方法的有效性和先进性.     

基于时间自动机的嵌入式系统AADL模型可调度性验证

采用时间自动机形式化模型检验方法建立了结构分析与设计语言(AADL)调度模型的自动机,实现了从AADL模型到时间自动机模型的自动转换与验证.首先,设计了周期、非周期的线程时间自动机模板及抢占、非可抢占的调度器时间自动机模板,建立了AADL调度模型到时间自动机模型的语义映射法则.然后,设计了自动化模型转换插件,并将其集成到OSATE建模工具中,实现了建模、转换、验证的集成开发环境.最后,利用UPPAAL工具对时间自动机模型进行模拟与验证.仿真实验结果表明,所建立的模型转换方法能够有效、实时地将AADL模型转换为时间自动机模型,并可在UPPAAL中分析原模型的可调度性.     

一种基于时间自动机网络的实时系统形式化验证方法

介绍了时间自动机形式模型,在此基础上给出了时间自动机网络的形式语法和语义,然后给出一种基于时间自动机网络的实时系统形式化验证方法,并采用基于时间自动机网络的模型检测工具UPPAAL对一个经典的实时系统实例进行了验证．     

基于层次时间自动机的移动授权的建模与验证

基于通信的列车运行控制(communication based train control,CBTC)系统以其安全、可靠等性能优点在城市轨道交通的运营中得到广泛关注。它通过其核心功能,即为每一列通信列车提供移动授权(movement authority,MA),来实现列车安全间隔运行。针对功能安全和实时性等方面的不足,首先,建立移动授权的层次时间自动机(hierarchical time automaton,HTA)模型,其中嵌入了列车管理、安全位置、遍历障碍物和列车筛选模块,并对模块间的交互信息进行分析;其次,采用巴科斯范式(Backus-Naur form,BNF)语法对其特性进行描述;最后,利用UPPAAL对各特性验证。结果表明,移动授权模型满足实时性、顽健性、可用性、完整性、安全性5项需求,层次时间自动机理论适用于系统需求规范的验证。     

基于UPPAAL的铁路车站信号联锁系统模型验证

详细介绍了适于描述实时系统的形式化方法,时间自动机以及基于时间自动机的模型验证工具UPPAAL.给出了铁路车站信号系统中的联锁功能进路建立的时间自动机模型,并利用UPPALL对其进行了分析与验证.     

CFSM模型的有限自动机语义

研究CFSM模型的自动机语义,提出了一种从CFSM到自动机转换的算法。该算法的核心思想是构造一个包含控制自动机、输入自动机、输出自动机的有限状态自动机系统,利用自动机的同步性模拟CFSM的异步行为。本文的工作为进一步利用自动机理论和工具对CFSM模型进行分析和验证奠定了基础。     

一种基于UPPAAL的智能合约属性形式化验证方法

针对智能合约的属性验证问题,该文提出了一种基于UPPAAL的智能合约属性形式化验证方法.首先定义了Solidity基本语句的操作语义及其到时间自动机的转换,将智能合约转换成时间自动机网络模型;然后定义并描述智能合约常见的安全性和活性,再使用模型检测工具UPPAAL验证智能合约的属性;最后对购物合约进行了建模与验证,验证了该方法的有效性.     

基于元胞自动机的绿色驾驶行为特征仿真

绿色驾驶是可以使驾驶人在驾驶过程中节油减排的一系列驾驶措施。为了研究绿色驾驶的行为特征,建立了多车道元胞自动机模型进行仿真,并以北京北三环某路段作为仿真场景对模型进行标定和验证。利用该仿真模型,研究纵向驾驶行为和横向驾驶行为对交通运行、能源消耗以及尾气排放产生的影响。构建了绿色驾驶行为判别标准,并通过预测得到绿色驾驶行为特征。研究发现,缓慢加速、保持车速稳定、将车速保持在合理区间以及保持较大的安全间距是符合中国道路特性的绿色驾驶行为。     

考虑两次改变驾驶方式的双车道交通流元胞自动机模型

考虑驾驶员在不同交通环境下会变换驾驶方式的真实情况,建立两次改变驾驶方式的双车道交通流元胞自动机模型(TTChange-CA模型).通过数值模拟发现,2种类型车辆的初始混合比例和换道概率对交通流基本没有影响;与只改变一次驾驶方式的双车道模型(TChange-CA模型)相比,TTChange-CA模型提高了系统的流量、速度和临界密度,增加了道路利用率;与双车道SDNaSch模型和WWH模型相比,该模型的速度、流量及时空图的致密程度介于二者之间,更真实地刻画了现实交通流.     

温控系统的时序Petri网建模与验证

基于时序Petri网对温控系统进行建模和性质描述.利用可达图、Büchi自动机和ω-正则表达式理论三者相结合的方法分析得到温控系统时序Petri网模型变迁引发序列集合的ω-正则表达式,进一步分析证明该ω-正则表达式满足温控系统的功能性需求说明,从形式上验证了温控系统时序Petri网模型与需求说明一致.结果表明,时序Petri网可用来描述和验证具有时序关系和因果关系的并发系统模型,是一种并发系统形式化描述和分析的有效工具.     

PPTL模型检测器实现的一个关键技术

针对命题线性时序逻辑表达能力有限的问题,设计并开发了基于SPIN(Simple Promela interpreter)验证系统的命题投影时序逻辑(PPTL)模型检测器.将协议元语言(ProMeLa)描述的系统转换为系统自动机,将PPTL公式表达的性质转换为性质自动机,通过判定系统与性质自动机的积自动机接受的语言是否为空来判断系统是否满足性质.PPTL模型检测器修改了SPIN的匹配机制,从而改进了验证算法,使得PPTL模型检测器支持有穷和无穷模型的验证.实验结果表明,该模型检测器可以减少无效验证产生的无效迹数目,有效地实现PPTL模型检测.     

基于价格时间自动机的飞机着陆最优成本研究

针对目前航空运输系统中对飞机着陆调度成本效益研究的不足,提出采用价格时间自动机作为形式化描述方法,将飞机着陆过程建模为其相关实体的交互行为,引入时间和价格因素描述各实体的属性和行为,从而将飞机着陆形式化为时间价格的动态交互协作,并分别为相关实体和服务建模,形成彼此独立又相互协作的价格时间自动机网络,将飞机着陆调度成本表示为价格时间自动机网络上的状态转换路径。最后提出一组系统模型需要满足的性质,使用价格时间自动机模拟验证工具UPPAAL CORA仿真并验证其正确性,使用最优成本标准分支算法分析求解飞机着陆调度最优成本的可达性。     

井下无人驾驶机车运行过程控制的建模与验证

井下无人驾驶机车运行过程的控制是矿井机车无人驾驶系统(mine locomotive unmanned system,MLUS)的核心,其设计与开发具有较高的安全性要求,采用形式化方法对其需求进行建模与验证可以在开发早期验证其设计的正确性和一致性,从而较早地发现问题和解决问题。文章采用Event-B的形式化方法对井下无人驾驶机车运行过程的控制进行建模、精化和验证,采用Rodin插件ProB对机车在不同路况条件下的运行过程进行仿真,验证和仿真结果显示机车运行过程控制符合设计需求,该方法对安全性要求较高的矿井机车无人驾驶系统的设计与开发提供了新的借鉴。     

业务流程建模与测试方法研究

针对复杂业务流程设计测试效率低、自动化程度不高、测试用例正确性难以保证的问题,在研究接口自动机模型的基础上,提出了一种基于模型的业务流程测试方法。该方法首先采用扩展带约束的接口自动机对业务流程设计进行形式化描述,并给出了从业务流程设计模型到带约束的接口自动机模型的转换算法;然后基于模型完成了对业务流程设计与需求的一致性验证,将验证后的接口自动机模型作为业务流程的测试模型,通过其特有的"乐观方法"和博弈思想实现了流程间的嵌套调用组合;最后定义了业务流程的测试覆盖准则,并在满足活动约束条件组合覆盖准则的前提下,设计了相应的测试用例生成算法。实例分析表明:该方法能够简化测试过程,可用于业务流程设计的测试用例自动化生成,有效保证了测试用例的正确性,提高了测试效率。     

时间ω-树自动机识别语言的一个条件

时间自动机被广泛用于实时系统验证和模型检验.为适应不同类型的系统验证需要,不少时间自动机的相关模型被提出.时间树自动机是这样的新模型之一.目前主要是针对时间树自动机识别的语言类及相关性质的研究.本文提出了时间树自动机识别语言的一个条件,并证明了结论的正确性.如果一个语言不能满足该条件,它一定不能被时间树自动机识别.这为证明一个具体语言不能被时间树自动机识别提供了思路.     

三相并网逆变器的混杂自动机模型分析

针对三相并网逆变器中电流谐波大和发生扰动后系统动态响应时间较长的问题,提出一种基于混杂自动机模型的控制器设计方法,并在此基础上提出了基于有限时间稳定的稳定性分析方法.首先,针对给定的三相逆变器,建立基于开关函数的状态方程;然后,在此基础上根据三相逆变器的工作模态,从适当增加工频周期的切换区间和减小电流谐波的角度建立混杂自动机模型,并将1个工频周期按三相母线电压大小划分为12个区间,从而得到相应的控制规则;最后,根据有限时间稳定的方法对改进后的基于混杂自动机模型的控制器进行稳定性分析.仿真结果与实验结果验证了所提出的自动机模型及其控制器能够有效降低并网电流的谐波畸变率,使其低于0.56%,并且能够有效增强系统的抗干扰能力.     

异构交通场景下的宏观交通流建模

提出了基于动态图混杂自动机与改进的元胞传输模型相结合的建模方法.通过对不同自动驾驶车辆混入率下路段的流量和密度进行三角基本图拟合,讨论了临界拥堵密度、通行能力、反向波速等主要参数的变化规律,并基于此改进了传统的元胞传输模型;利用动态图混杂自动机表征路网分层递阶的拓扑结构,并将改进的元胞传输模型嵌入动态图混杂自动机来建立...