[发明专利]基于HybridUML和定理证明的CPS自适应性验证方法

权利要求书

1.一种基于HybridUML和定理证明的CPS自适应性验证方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1)根据所选CPS属性的特点，导出应该描述的CPS特征，并选择能够充分描述系统特征的Hybrid UML建模视图对系统进行建模；

对HybridUML进行了语法和语义扩展，使其表现量化特性；

步骤2)给出所选Hybrid UML建模视图和QHP的元模型形式化描述；元模型是对建模语言准确和显式的描述，定义了模型语言的语法和语义；

步骤3)转换时首先消除顶层Mode具有的层次性，转换后得到的模型称为FlatMode，然后根据FlatMode和QHP之间宏观语义以及元语义的一致性确定转换规则，然后利用ATL语言描述转换规则，实现FlatMode模型到QHP媒介模型的转换；

为了弥补Mode模型与QHP代码之间的抽象鸿沟，在转换时产生一个媒介模型，它包含了生成QHP代码的所有信息；

步骤4)使用自定义模板语言描述QHP媒介模型到QHP代码的转换；主模板规则调用模板规则IBS2QHPCode、DTS2QHPCode和CTS2QHPCode分别实现QHP媒介模型初始化块、离散变迁集合、连续变迁集合的格式化输出，并调用模板规则Cycle2Star输出QHP代码是否可以循环执行标志符^*；

步骤5)根据步骤3和步骤4，将HybridUML模型转换为QHP代码。

步骤6)然后结合生成的QHP代码以QdL公式的形式规约属性，并利用KeYmaera进行自动验证，得出验证结果，并结合验证结果对验证方法进行有效性评估；QdL属性公式的推理验证过程采用相继式演算Sequent Calculus作为基本证明系统，验证过程将属性公式作为结论，并将其置于整个演算过程的最底层，自下而上根据QdL演算规则进行演算，如果属性满足，则推理过程以*结束，否则给出属性公式满足时应该满足的前置条件。

2.根据权利要求1所述的基于HybridUML和定理证明的CPS自适应性验证方法，其特征是步骤1)中，对HybridUML进行了语法和语义扩展如下：

a、对Constraint进行了量化扩展，用于表达CPS网络结点数的动态变化特性，量化约束QuantifiedConstraint包括：量化微分约束和量化不变量约束；

b、对表达式进行了量化扩展，量化表达式类别包括：量化微分表达式QDifferentialExpression、量化代数表达式QAlgebraicExpression、量化布尔表达式QBooleanExpression及量化New表达式NewObjectExpression；New表达式用于表现CPS网络中出现新结点事件，New表达式内部有一个表达该事件的NewObjectExpression，扩展如图2所示。

c、扩展NewObjectEvent用于表现CPS网络中新结点的出现事件，内部有一个表达该事件的NewObjectExpression，如n：＝New C，n为新CPS结点的标识符，New为结点生成操作符，C为结点类别，扩展如图3所示。

d、对ChangeEvent进行量化扩展，扩展后的元类QChangeEvent内部有一个QBooleanExpression，来表示事件触发的条件，扩展如图4所示。

e、QUpdateActivity用于对所有活动CPS结点的离散变量进行更新，内部有一个QAlgebraicExpression，用于表达具体的赋值行为。

3.根据权利要求1所述的基于HybridUML和定理证明的CPS自适应性验证方法，其特征是所述步骤2)中，HybridUML状态机图Mode的抽象元模型以类图形式表示；

Mode表示层次混合状态机，也代表状态，Mode内部包含的约束用于刻画连续变迁；

ModeTransition代表离散变迁，它由事件Mode！TriggerEvent、守护条件Mode！Constraint以及动作ModeActivty组成，其中，ModePseudostate代表伪状态控制点，Mode！TriggerEvent表示触发变迁的事件，Mode！Constraint代表各种约束，ModeActivity代表离散变迁发生时伴随发生的动作，

Mode！Expression代表各种表达式，表达式的类别包括New表达式、量化微分表达式、量化代数表达式以及量化布尔表达式；

所述Mode！TriggerEvent表示触发变迁的事件包括Mode！NewObjectEvent和Mode！QuantifiedChangeEvent。