Синтаксически ориентированные и графические средства описания и анализа моделей гибридных систем

• Автор: Томилов, Иван Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 183 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. КЛАСС ИССЛЕДУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ.

1.1. Гибридные системы как обобщение классических динамических систем.

1.2. Факторы появления гибридного поведения

1.3. Типы гибридного поведения.

1.4. Обзор современных программных комплексов компьютерного анализа ГС.

1.4.1. Программный комплекс ii

1.4.2. Интегрированная среда моделирования

1.4.3. Интегрированная система символьной математики

1.4.4. Программный комплекс i.

1.4.5. Пакет численного моделирования Vii i
1.5. Обзор формализмов спецификации ГС.
1.5.1. Объектноориентированное моделирование
1.5.2. Гибридные автоматы
1.5.3. Сети Петри
1.5.4. Агентное моделирование
1.6. Пример построения модели ГС в различных средах моделирования ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 2. ЯЗЫК СПЕЦИФИКАЦИИ МОДЕЛЕЙ ГИБРИДНЫХ СИСТЕМ
2.1. Возможности языка спецификации ГС и средств его реализации
2.2. Спецификация непрерывного поведения.
2.2.1. Наследование непрерывного поведения режимам ГС в ИСМА
2.3. Спецификация дискретного поведения ГС.
2.3.1. Матрица переходов.
2.3.2. Событийное управление.
2.4. Анализ текстовой модели ГС
2.4.1. Лексический анализ.
2.4.2. Синтаксический анализ
2.4.3. Семантический анализ.
2.5. Карты поведения
2.5.1. Расширение карт поведения введением событийного управления
2.5.2. Семантическая эквивалентность текстовой и графической спецификации ГС
2.6. Алгоритмическое формирование правой части системы АДУ.
2.6.1. Практический пример.
2.6.2. Расширение языка спецификации.
2.6.3. Компьютерная модель системы.
2.7. Взаимодействие модели ГС с основной структурной схемой
2.8. Дополнительные возможности спецификации.
2.9. Архитектура интегрированного препроцессора ИСМА.
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СПЕЦИФИКАЦИИ ПРЯМЫХ ЗАДАЧ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ
3.1. Основные термины и определения
3.2. Дифференциальные уравнения химической кинетики
3.3. Алгоритм формирования дифференциальных уравнений химической кинетики
3.4. Язык спецификации.
3.4.1. Синтаксис.
3.4.2. Семантика.
3.5. Спецификация сложных химических реакций.
3.5.1. Обратимые реакции.
3.5.2. Параллельные реакции
3.5.3. Последовательные реакции
3.6. Спецификация динамических химических реакций
3.7. Оптимизация расчетов правой части кинетических уравнений
3.8. Разработка языкового процессора на базе x.
3.8.1. Практическое применение.
3.8.2. Диагностика ошибок
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Это открывает широкие возможности по моделированию взаимодействий объектов разной природы, проявляющих различные типы поведения. Впервые предложен способ символьной спецификации динамических систем повышенной размерности, допускающих алгоритмическое задание правых частей систем АДУ. Ранее для построения моделей такого рода систем проектировщик модели либо вручную вводил множество однотипных уравнений, либо для конкретной системы создавалась исполняемая модель на языке высокого уровня. В 1Ж ИСМА, в отличие от современных отечественных и зарубежных аналогов, пользователю предоставлена возможность выбора варианта описания программных моделей ГС в виде текстовой, графической или структурно-текстовой спецификации. Разработанные в рамках К ИСМА формализмы, дополняют существующие способы описания ГС. При этом имеются функциональные преимущества компьютерного анализа ГС, ориентированные на предметного пользователя. В третьей главе разработано математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для решения прямых задач химической кинетики, как класса однорежимных ГС. Предметом изучения являются временные зависимости концентраций участников реакции, которые являются решением задачи Коши для системы ОДУ. Разработан язык спецификации прямых задач химической кинетики 1Л8МА+ и средства его реализации в виде языкового процессора. Интеграция языкового процессора с языка химических реакций в ПК ИСМА позволила не только моделировать взаимодействие подсистем различной природы, но и имеющие различные формы представления исходной модели. При этом никаких дополнительных требований, ограничений или доработок существующей системы моделирования не потребовалось. Тем самым соблюдена преемственность программного обеспечения и существенно расширены возможности пакета ИСМА-. Разработанная математическая модель схемы химической реакции позволяет получать в результате работы языкового процессора внутреннее представление задачи в виде матрицы разности стехиометрических коэффициентов правой и левой части схемы реакции. На примере задач химической кинетики показана возможность обобщения языка относительно различных предметных областей исследования динамики процессов. Тем самым решена задача унификации программного обеспечения. ГЛАВА 1. Гибридной системой будем называть сложную систему, состоящую из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, поведение которых описывается непрерывными процессами, имеющими конечную длительность, и элементов, поведение которых описывается дискретными процессами, время выполнения которых несущественно для анализа системы и им можно пренебречь [, ]. В качестве элементов, описываемых непрерывными процессами, ГС содержат классические динамические системы [], являющиеся подмножеством ГС или однорежимнъти ГС. С:Я Я т. В дальнейшем вектор-функцию с определяющими её начальными условиями хо=х(? Липшица; х0е Яп -вектор начальных условий. В - {/а1зе,1те} - множество булевых. Глобальное поведение гибридной системы описывается последовательностью локальных поведений {с],с2,. В общем случае одно событие может быть причиной других. А сам дискретный процесс, результатом которого является выбор следующего локального поведения, описывается в общем случае нетривиальным алгоритмом. Рис. Саму ГС можно представить в виде графа смены непрерывных поведений (карта поведения, statechart), в котором каждая вершина определяет поведение в текущий момент времени, а каждая дуга - условия смены поведений и выполняемые при этом действия []. Условие смены непрерывного поведения задастся некоторым логическим предикатом pTj (х,/)е /? В -[true,false]. В от значения false на значение true. Такие моменты называют временной щелью (time gap) [], и в этом случае говорят о так называемом гибридном времени (<,*)е7),. ЛхЗ [J. Rn - вектор состояния; /: RxRn -> Rn - нелинейная вектор-функция, удовлетворяющая условиям Липшица; х0 е Rn - вектор начальных условий; g(t,x):RxRfi —>R5,s = 1,2,. В = { false,true). Из изложенного следует, что ГС является обобщением классической динамической системы.