[发明专利]一种基于模型转换的CPS建模与验证方法

摘要

本发明提出了一种基于模型转换的CPS建模与验证方法，主要用于处理CPS建模与属性验证问题，本发明涉及到的关键操作包括：(1)采用HybridUML对CPS进行建模，并将所建HybridUML模型转换为微分动态逻辑方法的操作模型混合程序Hybrid Programs。首先按照HybridUML和Hybrid Programs元模型元素之间的关系定义模型转换的规则，并生成规则应用的模板，再在模型层次应用规则进行模型转换自动生成Hybrid Programs；(2)将得到的Hybrid Programs根据定理证明器KeYmaera的输入格式，生成输入代码，在KeYmaera中进行推理验证。

主权项

一种基于模型转换的CPS建模与验证方法，其特征包括如下步骤：步骤1)分析给出微分动态逻辑方法验证CPS的操作模型Hybrid Programs的形式化描述：用InitBlock表示初始化块；用DJ表示离散变迁的集合；用CE表示连续变化的集合；用HPSkeleton和HPContent分别表示Hybrid Programs的框架和内容；步骤2)在HybridUML元模型数据结构表示基础上，增加：Mode和Agent分类、顶层Mode、变迁的源和目标Mode、变迁分类的形式化表示；步骤3)定义模型转换规则的格式：用RuleType表示规则的类型，规则的类型分为映射规则和处理规则；用Mapping/Processing表示规则的映射或处理过程；用Return Result表示返回规则处理的结果；步骤4)建立共享变量表规则CreateShare VariableTable：表的每一行表示Agent之间共享的变量，用于解决HybridUML中变量有作用域限定，而Hybrid Programs中变量皆为全局变量的问题；步骤5)进行HybridUML模型中静态结构到HPSkeleton的转换；步骤6)建立规则CreateTransitionPath，将一个变迁和以另一个变迁的目标Mode为源Mode的两个变迁进行合并；步骤7)建立规则EliminateJunction，将HybridUML的状态图中的分叉点进行合并；步骤8)建立规则FlatHierarchyMode，根据变迁的种类将HybridUML状态图的层次进行展开；步骤9)定义有向图TransitionGraph表示展开后的简单状态图，图的顶点由HybridUML中原子Mode组成，顶点之间的边表示以该两个顶点为源和目标的变迁；步骤10)建立变迁转换的规则MappingTGtoHP，将TransitionGraph中的变迁转换为Hybrid Programs中的变迁；步骤11)生成规则应用的模板TemplateHUtoHP，组织步骤4)至步骤10)中建立的转换规则，对输入的HybridUML模型应用模板生成相应的Hybrid Programs模型；步骤12)利用微分动态逻辑公式对CPS属性进行规约；步骤13)根据定理证明器KeYmaera的输入格式要求，将得到的Hybrid Programs模型和步骤12)中的属性公式进行格式化，最后生成KeYmaera的输入代码；步骤14)将步骤13)得到的输入代码作为KeYmaera进行验证。