Основы теории и средства моделирования гибридных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, доктор технических наук Сениченков, Юрий Борисович

• Сениченков, Юрий Борисович
• доктор технических наук
• 2005

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Основы теории и средства моделирования гибридных систем»

Актуальность темы.7

Цель работы.10

Основные задачи.10

Методы исследования10

Научная новизнаЦ

Практическая ценность.12

Достоверность результатов13

Апробация работы13

Реализация и внедрение результатов работы14

Основные положения, выносимые на защитуИ

Публикации.15 книги и учебники 15 # научные статьи 15 доклады на конференциях 17 научно-методические публикации 18 Структура и объем работы20

Содержание работы20

Литература31

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Сениченков, Юрий Борисович

Результаты работы с 1996 по 2004 год докладывались более чем на 20 конференциях. На ежегодных отечественных конференциях: «Математика, компьютер, образование», «Компьютерное моделирование», «Математические методы в технике и технологиях», «Дифференциальные уравнения и их приложения», «Информационные технологии в моделировании и управлении» в Санкт-Петербурге и Москве. На международных конференциях - «Информатика и теория управления» (ICI&C) в Санкт-Петербурге, «Winter Simulation Conference» в Орландо (США), и на конференциях международных ассоциаций WSES (в Греции), IEEE (в Словении), CoLoS (в США, Германии, Франции, Словении). щ Реализация и внедрение результатов работы

Численные библиотеки семейства Model Vision ("www.exponenta.ru) используются также в графической оболочке AnyLogic (www.xjtek.com), проекте «Открытая физика» (США) (http://webphysics.davidson.edu). Семейство графических оболочек Model Vision применяется не только в Санкт-Петербурге: в государственном политехническом университете (http://dcn.nord.nw.ru, http://tmm.spbstu.ru), технологическом институте, институте международных образовательных программ www.imop.spbstu.ru), международном банковском институте, университете водного транспорта, государственном университете аэрокосмического приборостроения и военно-космической академии им А.Ф. Можайского, но в других отечественных университетах и институтах Москвы, Нижнего Новгорода, Новосибирска, Иркутска, Ростова-на-Дону,

Пскова, Пензы для научных исследований и обучения. Графические оболочки используются в странах СНГ - Узбекистане, Казахстане и на Украине.

Актами о внедрении подтверждено использование графических оболочек в ООО «Наука» (Санкт-Петербург), ООО «ПО Киришинефтеоргсинтез», Министерстве Обороны Российской Федерации.

Основные положения, выносимые на защиту теоретический аппарат, необходимый для моделирования численного исследования сложных динамических систем на базе гибридных автоматов и математическая модель иерархических открытых гибридных автоматов позволяющая строить модели из блоков с входами и выходами и из блоков с контактами, с синхронизацией параллельных процессов во временной щели по непрерывному типу; структура математического обеспечения для численного моделирования и исследования иерархических гибридных систем;

- структура численной библиотеки и управляющих программ для решения уравнений конкретных типов;

- алгебраический подход к структурному анализу уравнений;

- принцип построения методов поиска точки переключения методом установления.

Публикации.

Список публикаций содержит 43 работы: книги и учебники - 4, научные статьи - 12, доклады конференций - 14 и научно-методические статьи - 13, в которых описывается теория и технология моделирования гибридных систем в семействе графических оболочке Model Vision, обосновываются основные научные положения, демонстрируются возможности пакетов для научных исследований и обучения естественнонаучным дисциплинам. книги и учебники

1. Сениченков Ю.Б. Моделирование. Вычислительный практикум: Учеб. пособие./ Веселова И.Ю. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. - 107с.

2. Сениченков Ю.Б. Визуальное моделирование сложных динамических систем.- / Колесов Ю.Б.-СПб.: Изд-во «Мир и семья & Интерлайн», 2000. -242с.

3. Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование сложных динамических систем. / Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б.- СПб.: Изд-во БХВ, 2001.-441с.

4. Сениченков Ю.Б. Численное моделирование гибридных систем. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004.- 206 с. научные статьи

5. Сениченков Ю.Б. Библиотека программ для решения ОДУ. / Колесов Ю.Б. // Вычислительные, измерительные и управляющие системы: Тр. СПбГТУ. № 462. СПб: Изд-во СПбГТУ, 1996. -С. 116-122.

6. Сениченков Ю.Б. Экспертная оценка качества программных реализаций численных методов для решения ОДУ. / Воскобойников С.П.,

Устинов С.М // Вычислительные, измерительные и управляющие системы: Тр. СПбГТУ. № 462. СПб: Изд-во СПбГТУ, 1996. С. 122-141.

7. Сениченков Ю.Б. Современное программное обеспечение для проведения вычислительного эксперимента. / Колесов Ю.Б., Расторгуев И.В. // Вычислительные, измерительные и управляющие системы: Тр. СПбГТУ. № 468. СПб: Изд-во СПбГТУ,1997. С. 95-98.

8. Сениченков Ю.Б. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ «Model Vision Studium версия 3.0» / Инихов Д.Б., Колесов Ю.Б. № 990643- М.: Роспатент, 6.09.1999.

9. Сениченков Ю.Б. Объектно-ориентированный подход к моделированию сложных динамических систем. / Колесов Ю.Б. // Вычислительные, измерительные и управляющие системы: Тр. СПбГТУ. № 476. СПб: Изд-во СПбГТУ,1998. С. 19-23.

10. Senichenkov Yu. Test problems for Hybrid Simulators. / Kolesov Yu. // Recent Advances in Theoretical and Applied Mathematics. Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2000. P. 214-220.

11. Senichenkov Yu. Object-Oriented Modeling in Model Vision Studium./ Kolesov Yu. // Recent Advances in Signal Processing and Computer Technologies. Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2001. P. 413-418.

12. Сениченков Ю.Б. Современные подходы к компьютерному моделированию динамических систем. / Колесов Ю.Б. // Научно-технические ведомости СПбГТУ. -2002. - № 3. С. 93-102.

13. Сениченков Ю.Б. Компьютерное моделирование в научных исследованиях и образовании. / Колесов Ю.Б. // ExponentaPro. Математика в приложениях. - 2003. - № 1. С. 4-11.

14. Сениченков Ю.Б. Программная поддержка активного вычислительного эксперимента. / Колесов Ю.Б. // Научно-Технические ведомости. 2004. № 1.С. 177-182.

15. Сениченков Ю.Б. Синхронизация событий при использовании гибридных автоматов для численного моделирования сложных динамических систем. / Колесов Ю.Б. // Научно-Технические ведомости. 2004. № 1. С. 202-207.

16. Сениченков Ю.Б. Моделирование гибридных систем. // Научно-Технические ведомости. 2005. № 1. С. 198-207. доклады на конференциях

17. Senichenkov Yu. Hybrid systems and numerical solution of ODE. / Kolesov Yu. // Differential equations and applications. The first International conference. St. Petersburg, 1996. P.105-107.

18. Senichenkov Yu. Model Vision 3.0 for Windows 95/NT. - The graphical environment for complex dynamic system design. / Kolesov Yu. // ICI&C97: International conference on Informatics and Control. St. Petersburg, 1997. P. 764-768.

19. Senichenkov Yu. Visual Specification language intended for event-driven hierarchical dynamical systems with variable structure. / Kolesov Yu. // ICI&C97: International conference on Informatics and Control. St. Petersburg,

1997. P. 704-711.

20. Сениченков Ю.Б. Объектно-ориентированный подход к моделированию сложных динамических систем. / Колесов Ю.Б. // Фундаментальные исследования в технических вузах: Научно-техническая конференция. С.-Петербург, 1997. С. 107

21. Senichenkov Yu. Model Vision's 3.0 ODE Solver. / Kolesov Yu., Pariajskaj E. // Differential equations and applications: The second International conference. St. Petersburg, 1998. P. 122-124.

22. Senichenkov Yu. Model Vision 3.0 for WINDOWS - graphical environment for complex dynamic systems modeling. / Kolesov Yu. // COLOS-98. Maribor.

1998. P.34-41.

23. Сениченков Ю.Б. Учебные и методические материалы по теме «Моделирование»./ Бенькович Е.С., Лосева Е. А. // Информационные технологии в моделировании и управлении: II межд. конференция. С.Петербург. 2000. С. 65-67.

24. Сениченков Ю.Б. Семейство Model Vision. / Колесов Ю.Б. // Информационные технологии в моделировании и управлении: II межд. конференция, С.-Петербург, 2000. С.188-190.

25. Сениченков Ю.Б. Применение MVS в химии и биологии. / Колесов Ю.Б. // Математические методы в технике и технологиях: ММТТ-2000. С.Петербург, 2000. С.154-157.

26. Senichenkov Yu. Java engine for UML based hybrid state machines. / Borshchev A., Kolesov Yu. // Proceedings of Winter Simulation Conférence. Orlando, California, USA, 2000. P. 1888-1897.

27. Сениченков Ю.Б. Объектно-ориентированное моделирование в графической среде Model Vision Studium. / Колесов Ю.Б. // Математика, компьютер, образование: 8-я межд. конференция. Пущино, 2001. С.242-244.

28. Сениченков Ю.Б. Model Vision Studium - инструмент для объектно-ориентированного моделирование сложных динамических систем. / Колесов Ю.Б.// Гибридные системы. Model Vision Studium: 2-я межд. конференция. С.-Петербург, 2001. С.5-46.

29. Сениченков Ю.Б., Компьютерное моделирование-20ХХ. / Колесов Ю.Б. // Компьютерное моделирование 2003: 4-тая межд. конференция. СПб, 2003. С.4-6.

30. Senichenkov Yu. A composition of open hybrid automata. / Kolesov Yu. // EUROCON 2003: IEEE, Région 8, Slovenia section. Ljubljana, Slovenia, 2003. P 332-335. научно-методические публикации

31. Сениченков Ю.Б. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент. // Компьютерные инструменты в образовании. -1998. - № 1. С.24-32.

32. Сениченков Ю.Б. Как быстро и качественно "приготовить" интерактивную модель динамической системы. / Колесов Ю.Б. //Компьютерные инструменты в образовании,- 1998.- №3-4. С. 21-30.

33. Сениченков Ю.Б. Математическое моделирование в картинках или рисуем поведение динамических систем с помощью "MODEL VISION". / Колесов Ю.Б. // Компьютерные инструменты в образовании.- 1998. - № 5. С. 17-24.

34. Ю.Б. Сениченков. Имитационное моделирование сложных динамических систем. / Колесов Ю.Б. // КомпьютерПресс. - 2000.- № 3. CD-приложение. 12с.

35. Сениченков Ю.Б. Model Vision Studium - компьютерная лаборатория для моделирования и исследования сложных динамических систем. / Колесов Ю.Б. // КомпьютерПресс.- 2000. - № 3. CD-приложение. 24с.

36. Сениченков Ю.Б. Model Vision Studium - Виртуальный стенд для изучения и проектирования сложных динамических систем. Краткий обзор возможностей. / Колесов Ю.Б. // КомпьютерПресс. - 2000. - № 3. CD-приложение. -5с.

37. Сениченков Ю.Б. Компьютерные инструменты педагога. // Компьютерные инструменты в образовании. 2002. - № 2. С. 81-84.

38. Сениченков Ю.Б. Школа моделирования 2003. Урок 1. / Колесов Ю.Б. // Компьютерные инструменты в образовании. -2003.- № 1. С. 39-49.

39. Сениченков Ю.Б. Школа моделирования 2003. Урок 2. Моделирование движения объекта в среде MVS. / Макарова Н.В., Титова Ю.Ф. // Компьютерные инструменты в образовании. -2003.- №2. С. 75-83.

40. Сениченков Ю.Б. Школа моделирования 2003. Урок 3. Компьютерные Возможности компьютерного эксперимента в среде MVS. / Макарова Н.В., Титова Ю.Ф. // Компьютерные инструменты в образовании. -2003.-№ 3. С. 55-64.

U 41. Сениченков Ю.Б. Школа моделирования 2003. Урок 4. Моделирование систем. / Макарова Н.В., Титова Ю.Ф. // Компьютерные инструменты в образовании. -2003. -№ 4. С. 61-71.

42. Сениченков Ю.Б. Школа моделирования 2003. Урок 5. Имитационное моделирование. / Макарова Н.В., Титова Ю.Ф. // Компьютерные инструменты в образовании.- 2003. - № 5. С. 61-71.

43. Сениченков Ю.Б. Школа моделирования 2003. Урок 6. Графические возможности MVS. / Колесов Ю.Б., Макарова Н.В., Титова Ю.Ф. // Компьютерные инструменты в образовании.- 2003.- № 6. С. 65-71. Структура и объем работы

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Объем работы - 308 стр., список цитированной литературы - 127 наименований, рисунков - 98, таблиц - 84. В приложение вынесен список * статей зарубежных авторов, посвященных гибридным системам.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Сениченков, Юрий Борисович, 2005 год

1. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя. М.: ДМК, 2000.

2. Introduction to physical modeling with Modelica. Edited by M. Tiller. The Kluwer international series in engineering and computer science, V. 615. 2001,368 p.

3. Harel D. Statecharts: a visual formalism for complex systems. // Sci. Comput. Prog. 8 (1987), p. 231-274.

4. Harel, D., A. Pnueli, J.P. Schmidt and R. Sherman. On the formal semantics of Statecharts. Proc. 2nd IEEE Symp. On Logic in Computer Science, IEEE Press, New York, 1987, p.54-64.

5. Harel D. and A. Naamand. The STATEMATE semantics of statecharts. // ACM Trans. Soft. Eng. Method. 5:4(Oct. 1996).

6. Kesten Y., A. Pnueli. A. Timed and hybrid statecharts and their textual representations. Technical report. Department of Applied Mathematics, Weizmann Institute, Rehovot, Israel, 1993.

7. Ту Ю. Современная теория управления. М.: Машиностроение, 1971.

8. Арайс Е.А., Дмитриев В.М. Автоматизация моделирования многосвязных механических систем. М.: Машиностроение, 1987, С. 238.

9. Сениченков Ю.Б. Model Vision. / Инихова М. А., Инихов Д.Б, Колесов Ю.Б. Руководство пользователя. СПб., 1995. -195с.

10. Сениченков Ю.Б. Моделирование. Вычислительный практикум. / Веселова И.Ю. 1999. СПб: Изд-во СПбГТУ. -107 с.

11. Сениченков Ю.Б. Визуальное моделирование сложных динамических систем./ Колесов Ю.Б. СПб: Изд-во «Мир и Семья&Интерлайн», 2000, 234 с.

12. Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование сложных динамических систем. / Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б. С. Петербург, БХВ, 2001. ISBN: 5-94157-099-6. -441с .

13. Senichenkov Yu. Java engine for UML based hybrid state machines. / Borshchev A., Kolesov Yu. // Proceedings of Winter Simulation Conference, Orlando, California, USA, 2000. P. 1888-1897.

14. Alur R. and D.L. Dill. Automata for modeling real-time systems. ICALP 90: Automata, Languages, and Programming. LNCS 443, 1990. P. 322-335.

15. Senichenkov Yu. A composition of open hybrid automata./ Kolesov Yu. // EUROCON 2003. IEEE Catalog Number: 03EX665, ISBN: 0-7803-7763-X, Library of Congress: 2002117046.

16. Сениченков Ю.Б. Синхронизация событий при использовании гибридных автоматов для численного моделирования сложных динамических систем. / Колесов Ю.Б. // Научно-Технические ведомости. 2004. № 1. С. 200-207.

17. Senichenkov Yu. Visual Specification language intended for event-driven hierarchical dynamical systems with variable structure. / Kolesov Yu. // ICI&C97. International conference on Informatics and Control. St. Petersburg, 1997. P. 704-711.

18. Сениченков Ю.Б. Библиотека программ для решения ОДУ. / Колесов Ю.Б. // Тр. СПбГТУ № 462. 1996. С. 116-122.

19. Senichenkov Yu. Model Vision's 3.0 ODE Solver. / Kolesov Yu., Pariajskaj E. // Differential equations and applications. The second International conference. St. Petersburg, 1998. P. 122-124.

20. Senichenkov Yu. Model Vision 3.0 for WINDOWS 95/NT graphical environment for complex dynamic systems modeling. / Kolesov Yu. // COLOS'98. Maribor 199. P.34-41.

21. Сениченков Ю.Б. Программная поддержка активного вычислительного эксперимента. / Колесов Ю.Б. // Научно-Технические ведомости. 2004. № 1. С. 177-182.

22. ГЛАВА 1. ГИБРИДНЫЕ СИСТЕМЫ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ИХ МОДЕЛИРОВАНИЯ

23. От таймированного автомата к гибридному.

24. На рисунке 2 представлен гибридный автомат, с помощью которого описан алгоритм поддержания температуры х управляемого объекта в заданных пределах т<х<М.

25. Рисунок 1. Пример гибридного автомата из статьи 2.

26. Figure 2: Temperature controller

27. Рисунок 2. Пример гибридного автомата из статьи 2. На рисунке 3 приведен гибридный автомат для задачи о кошке и мышке.

28. Fig. 2. Hybrid system of the cat and mouse

29. В 1994 году появляется совместная статья 6., где уточняется определение детерминированного гибридного автомата, приспособленное для решения задач верификации линейных гибридных автоматов.

30. Figure 4: A Hybrid Specification. Рисунок 4. Автомат для задачи о кошке и мышке из работы 5.

31. Ни в одной из работ «автоматного» направления этого периода не рассматривалась возможность численного моделирования гибридных систем.

32. ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

33. В работе В.И. Уткина 12. отмечается, что «в интересной работе Бернштейна [13], посвященной применению методов теории колебаний для исследования вибрационных регуляторов, приводится краткий обзор и анализ первых публикаций в этой области».