CPS系统信息物理协同验证技术研究
发布时间：2020-12-06 03:50
信息-物理融合系统（Cyber-Physical Systems,简称CPS）是计算过程和物理过程紧密结合与协作的一类复杂嵌入式系统,构成CPS系统的计算过程和物理过程深度融合共同实现系统的功能,并且共同影响系统的非功能属性。由于CPS技术广泛应用于城市交通、航空航天、智能电网、汽车电子、保健医疗等重要领域,对系统的可信性提出了更高的要求。因此,需要对信息物理的深度融合进行充分的验证,以满足CPS系统的高可信要求。在CPS系统中,大规模复杂异构性、延迟不确定性、以及精确控制的要求导致对信息物理之间交互的验证更加复杂。目前,在计算系统和物理系统中都有各自较为成熟的验证理论和方法,但是由于这两者研究领域长期分离,缺乏描述计算过程和物理过程之间交互的精确模型与验证方法,不能很好地解决信息物理之间的交互验证问题。针对此问题,在已有嵌入式系统和混成系统验证技术研究基础上,本文结合卫星姿控一类CPS系统的特征和需求,提出了一种CPS系统信息物理协同验证方法,对计算过程和物理过程之间的交互进行协同验证。针对由计算系统（控制应用程序和运行平台）和物理系统所构成的实现级系统原型,本文研究了计算过程和物理...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
CPS验证研究示意图
星上自主控制系统简化体系结构出离散和连续，实时和不确定等复杂信息物理特性的种外力的作用，如行星大气、太阳电磁辐射、引力场分别产生气动力矩、光压力矩、引力梯度力矩和磁力制产生摄动，这些摄动的影响常常导致人造卫星的姿位置和寿命的长短都有重要影响。按照陀螺定轴性的角动量越大，其陀螺的定轴性就越好，抗干扰能力就到定向控制的目的。卫星绕其自旋轴旋转的速率一般运行期间，在设计实现姿态控制器的时候就要考虑卫虑卫星有效载荷、质量特性等物理要求，另外也要考各种因素的影响。随着微处理器技术及 SoC 技术的快采用嵌入式计算技术，星载嵌入式软件的作用和地位各种控制、管理、数据处理软件已经成为卫星电子系来卫星功能越来越复杂，软件规模也在成倍增加，星剧增加。
51.2.2 实验平台--TableSat人造卫星姿态控制模拟环境 TableSat[11,12]，如图 1-3 所示，是一个模拟卫星姿态控制的一自由度实验平台，NASA 使用这套实验平台模拟人造卫星姿态的变化、采样和控制过程。我们通过与 University of Michigan 的合作在实验室搭建了这套实验平台，在本文中将 TableSat 作为人造卫星姿态控制的实验平台，本文中的方法也主要通过 TableSat来阐释。图 1-3 实验平台 TableSatTableSat 机械设计如图 1-4 所示，在图 1-4 中，1 所标识的下层转盘是底座，2 所标识的是上层转盘
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国高速铁路列控系统的形式化分析与验证[J]. 郭丹青,吕继东,王淑灵,唐涛,詹乃军,周达天,邹亮. 中国科学:信息科学. 2015(03)
[2]信息物理融合系统控制软件的统计模型检验[J]. 单黎君,周兴社,王宇英,赵雷,万丽景,乔磊,陈建新. 软件学报. 2015(02)
[3]基于时间抽象状态机的AADL模型验证[J]. 杨志斌,胡凯,赵永望,马殿富,Jean-Paul BODEVEIX. 软件学报. 2015(02)
[4]使用事件自动机规约的C语言有界模型检测[J]. 阚双龙,黄志球,陈哲,徐丙凤. 软件学报. 2014(11)
[5]信息-物理融合系统动态行为模型构建方法[J]. 周兴社,杨亚磊,杨刚. 计算机学报. 2014(06)
[6]一种信息物理融合系统仿真建模方法[J]. 李晓宇,王宇英,周兴社,梁东方. 系统仿真学报. 2014(03)
[7]混成系统形式化验证[J]. 卜磊,解定宝. 软件学报. 2014(02)
[8]信息物理融合系统的时间需求一致性分析[J]. 尹玲,陈小红,刘静. 软件学报. 2014(02)
[9]基于环境的多形态时间需求建模方法[J]. 陈小红,刘静. 计算机学报. 2013(01)
[10]信息-物理融合系统若干关键问题综述[J]. 李仁发,谢勇,李蕊,李浪. 计算机研究与发展. 2012(06)
博士论文
[1]基于方程的信息物理融合系统建模与仿真技术研究[D]. 唐俊杰.华中科技大学 2013
[2]一种多尺度协同仿真方法及其在SOFC-MGT混合发电系统中的应用[D]. 张雨英.重庆大学 2009
[3]微小卫星姿态控制系统关键技术研究[D]. 刘海颖.南京航空航天大学 2008
[4]基于自动机的时间系统形式验证技术[D]. 许庆国.上海大学 2007
硕士论文
[1]连续时间模型的不确定bang-bang控制[D]. 许新新.南京理工大学 2012
本文编号：2900667
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
CPS验证研究示意图
星上自主控制系统简化体系结构出离散和连续，实时和不确定等复杂信息物理特性的种外力的作用，如行星大气、太阳电磁辐射、引力场分别产生气动力矩、光压力矩、引力梯度力矩和磁力制产生摄动，这些摄动的影响常常导致人造卫星的姿位置和寿命的长短都有重要影响。按照陀螺定轴性的角动量越大，其陀螺的定轴性就越好，抗干扰能力就到定向控制的目的。卫星绕其自旋轴旋转的速率一般运行期间，在设计实现姿态控制器的时候就要考虑卫虑卫星有效载荷、质量特性等物理要求，另外也要考各种因素的影响。随着微处理器技术及 SoC 技术的快采用嵌入式计算技术，星载嵌入式软件的作用和地位各种控制、管理、数据处理软件已经成为卫星电子系来卫星功能越来越复杂，软件规模也在成倍增加，星剧增加。
51.2.2 实验平台--TableSat人造卫星姿态控制模拟环境 TableSat[11,12]，如图 1-3 所示，是一个模拟卫星姿态控制的一自由度实验平台，NASA 使用这套实验平台模拟人造卫星姿态的变化、采样和控制过程。我们通过与 University of Michigan 的合作在实验室搭建了这套实验平台，在本文中将 TableSat 作为人造卫星姿态控制的实验平台，本文中的方法也主要通过 TableSat来阐释。图 1-3 实验平台 TableSatTableSat 机械设计如图 1-4 所示，在图 1-4 中，1 所标识的下层转盘是底座，2 所标识的是上层转盘
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国高速铁路列控系统的形式化分析与验证[J]. 郭丹青,吕继东,王淑灵,唐涛,詹乃军,周达天,邹亮. 中国科学:信息科学. 2015(03)
[2]信息物理融合系统控制软件的统计模型检验[J]. 单黎君,周兴社,王宇英,赵雷,万丽景,乔磊,陈建新. 软件学报. 2015(02)
[3]基于时间抽象状态机的AADL模型验证[J]. 杨志斌,胡凯,赵永望,马殿富,Jean-Paul BODEVEIX. 软件学报. 2015(02)
[4]使用事件自动机规约的C语言有界模型检测[J]. 阚双龙,黄志球,陈哲,徐丙凤. 软件学报. 2014(11)
[5]信息-物理融合系统动态行为模型构建方法[J]. 周兴社,杨亚磊,杨刚. 计算机学报. 2014(06)
[6]一种信息物理融合系统仿真建模方法[J]. 李晓宇,王宇英,周兴社,梁东方. 系统仿真学报. 2014(03)
[7]混成系统形式化验证[J]. 卜磊,解定宝. 软件学报. 2014(02)
[8]信息物理融合系统的时间需求一致性分析[J]. 尹玲,陈小红,刘静. 软件学报. 2014(02)
[9]基于环境的多形态时间需求建模方法[J]. 陈小红,刘静. 计算机学报. 2013(01)
[10]信息-物理融合系统若干关键问题综述[J]. 李仁发,谢勇,李蕊,李浪. 计算机研究与发展. 2012(06)
博士论文
[1]基于方程的信息物理融合系统建模与仿真技术研究[D]. 唐俊杰.华中科技大学 2013
[2]一种多尺度协同仿真方法及其在SOFC-MGT混合发电系统中的应用[D]. 张雨英.重庆大学 2009
[3]微小卫星姿态控制系统关键技术研究[D]. 刘海颖.南京航空航天大学 2008
[4]基于自动机的时间系统形式验证技术[D]. 许庆国.上海大学 2007
硕士论文
[1]连续时间模型的不确定bang-bang控制[D]. 许新新.南京理工大学 2012
本文编号：2900667
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