Đang tải... (xem toàn văn)
KY YEU HTTQ CO HOC VA KHI CU BAY CO DK pdf
_ _SUDUNG NGƠNNGỮMƠ HÌNH HỐ HỢP NHẤT TRONG THỜI GIAN THỰC is em Px TE KE CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LAI bf THIET VA AUTOMA - CANH LAI MAY BAY MOT CÁCH TIẾP CẬN 'TS Lê Quang, TS Ngô Văn Hiền, GS TSKH Vũ Duy Quang, Trường ĐHBK Hà Nội TS Hồ Tường Vinh, Viện Tín học Pháp ngữ Tôm tắt: Trong báo này, giới diệu mộ mơ hình thtkễ tổng quan dựa stacking rete adi, cing, giao thire vi cdc lip thie thé: né ding tt itn pa th ib hôn tbe Wid ci i my by ni mc ch {de dink 16 chic vi thi hank mt cdch nhanh ching ede déi tượng điều kiện hệ thng cày Mơ hình cho pháp cúc hệ thông điều khiến cảnh lải boy sử đụng li rong pla thi kế ứng dụng Chúng ti gi thiệu bước lợp tác đổi tượng: hệ thông điều khiến cánh máy bay mơ hình hố bot automate li; xa dink cc sơi điễu khiển chính, cơng giao thức truyền đạt với iên hệ động {nh cia ching: diéu ndy cho pháp hợp chúng Tép theo, ching 16i dia ede edu {nic tinh cia cde gối điều khi, cóc gói con, cổng, giao thức hệ thing Cau trúc xiên kết nỗi toàn đăng để thực truyễn đạt giữ cóc gói gồi chúng giới thiệu báo ` Từ khố: Hệ thắn điễu kiến cảnh lãi máy by, ngón ngữ mổ hình hố hợp thời gian thực, hợp tác đối tượng, automate lai, gỏi, cổng giao thức 1.Giới thiệu "Những hệ thống điều khiển nói chung máy công nghiệp thường gắn liền với mơ hình với kiện rời rạc mơ hình ứng xử liên tục; chúng gọi hệ thống động lực lai (HDS - Hybrid Dynamic Systems) Những mơ hình ứng xử phân phối chế độ hoạt động khác nhau; kết hợp với q trình xử lý có liên quan tới ảnh hưởng người sử dụng, là: người thiết kế, người theo dõi, người bảo trì v.v Ví dụ: hệ thống điều khiển cánh lái máy bay (ACS - Aerofoil Control Systems) có chế độ hoạt động khác nhau, là: "cát yay liệng” v.v Những chế độ hoạt động có liên thực khác Ngồi cánh”, “hạ cánh”, "bay quan tới thuật toán ra, ACS ln ln khơng có ứng xử; kết hợp với giả thuyết hợp lệ để kiểm chức thời gian Yêu cầu an toàn bất buộc phải xem xét cách tiết đưa kiện ứng xử khác theo tình sử dụng Vì vậy, ứng xử hệ thống phức tạp Trong báo này, coi ACS hệ thơng động lực lai; mơ hình tốn học thể ‘qua automate lai Để chọn ngơn ngữ nhằm mục đích bao phủ tồn pha thiết kể, thấy ngôn ngữ mơ hình hố hợp (UML - Unified Modeling Language) [1], [9] chuẳn hoá ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp phần mềm Tuy nhiên, ký hiệu cú pháp UML chưa đủ đề mơ tả cách xác kiểu truyền đạt đối tượng hệ thống điều khiển công nghiệp Chính th, chúng tơi chọn phiên UML thời gian thyc (Real-Time UML) [10], ‘bin bao gồm khái là: gói, [11] để thực pha thiết kế hệ thông Phiên cổng giao thức mà chúng cập nhậtđể hệ dành cho việc thi hành tổ hợp gói với ứng xử xác chúng khiến cơng nghiệp Bài báo trình bày theo phan chinh sau: ~ Phần II giới thiệu việc sử dụng automate lai; ~ Phần III mô tả phiên UML thời gian thực; ~Phần IV đưa hợp tác đối tượng ACS; 155 ~ Phần V thi hành hợp tác đối tượng qua việc sử dụng cú pháp “Gói Cổng va Giao thức” “Cuối cùng, đề xuắt ngữ cảnh để phát triển ứng dụng ACS cụ thể qua việc sử dụng UML thời gian thực automate lai 1L Cập nhật automa lai đối tevới ACS “Một automate lai [4] định nghĩa liệu sau # =(Ø,X,E.„4,i ,F.4; đây: ~ @ , tổ hợp trạng thái dùng để mô tả chế độ hoạt động hay gọi vị trí hệ thống; qo vị trí ban đầu +X , đặc trưng cho không gian trạng thái liên tục automate, X c9 * ; Xọ giátrị 'ban đầu không gian ~E , tổ hợp hữu hạn kiện automate ~ , tổ hợp dịch chuyển vị trí, cho phép hệ thống chuyển đổi chế độ hoạt động cần thiết ~ Imy „ ứng dụng cho phép kết hợp tổ hợp khơng gian trạng thái tới vị trí hệ thống; gọi đại lượng bắt biến vị tri, mà trạng thái liền tục ‘bat buộc phải tồn Khi vị trí q, thi trang thái liên tục phải kiểm tra xe ứm (4) ~£ „ định nghĩa cho vị trí; tiến triển trạng thái liên tục xảy có vị trí chủ động Việc mô tả trạng thái liên tục thường biểu diễn phương trình vi phân; gọi "dịng" liênụe E TT hs ite ied ién (SFC- Sequential Function Charts) để mơ hình hố hệ thống, động: để mơ hình hố hệ thống điều Ti gian mn sir dung automate Iai boi vi: ~ Chỉ có ứng xử iên tục thời điểm cho automate lai, ~ Automate lai có đại lượng bắt biến dùng để kiểm tra giả thuyết hợp lệ trạng thái liên tục xác định, - Automate lai bắt nguồn từ automate ; dùng để mơ hình hoá ứng xử động phần mềm tương tác tổng quan, ~ Có cơng cụ [5] dùng để kiểm chứng automate lai pha phân tích hệ thống Để mô tả hệ thống điều khiển công nghiệp (ví dụ: ACS) với automate lai thực qua trinh tiễn tiên nó, chúng tơi giới thiệu qui tắc điều kiện buộc; thấy rõ [6] IIL Sử dụng gói, cổng, giao thức ‘Mot g6i (capsule) [11] định nghĩa lớp (class) có kèm theo kiểu xơng gói «capsule» [10] Các gói có nhiều đặc tính giống các lớp cơng nghệ hướng đối tượng [1], [9] ví dụ : thuộc tính, thủ tục máy trạng thái Tuy nhiên, gói có thêm vài đặc tính đặc biệt : cổng, giao thức kết nồi; chúng dùng để mé hình hố mối liên hệ ứng xử truyền đạt đối tượng hệ thơng Ngồi ra, gối ln ln trạng thái chủ động; chứa gói (sub-caspules)và lớp bị động (passive classes) [2] Giao thức (protocol): tỗ hợp thông điệp trao đổi hai đổi tượng tuân theo số mẫu truyền đạt gọi giao thức Trong tích phế triển hệ thống điều khiễn công nghiệp, coi thơng điệp trao đổi bao gồm tín hiệu điều khiển có chu kỳ kiện khơng tuần theo chu ky (7 156 © * Céng (port 1as) cfc Abi tonné g; sử TT rõ thông ee ng cy thé Cổng tạo mắt gói chứa chúng tạo mắt gửi nhận từ cổng, thi cổng 46 eee eee inh ( đa ví dụ tổng quan vỀ gỗ, gối con, ông giao tte qua việc sử đụng `đồ lớp eer => ane sub, ›suleRol chế dc se "—— SeAbues _ “einpk signels&eid) Timing J#TA +#inpd.everls (VOf) yu„ayp„„.,_ *Oporaliom) HE PO eee HỆ) „m0 me ve Hình Gói, cơng giao thức TV Các hợp tác đối tượng ACS Từ cách tiếp cận mô tả [12], đưa hợp tác đối tượng sau: phần liên tục (continuous part), phần rời rạc (discrete part) ứng xử liên tục toàn tức thời (IGCB - Instantaneous Global Continuous Behavior), giao dién (internal interface) va giao diện ngoai (external interface); né dùng để thực pha phân tích hướng đổi tượng ACS Các hợp tác đối tượng mơ tả hình 2; xác định theo chế ảo linh kiện công nghệ phần mềm hướng đối tượng : đối tượng, lớp tính “ kế thừa, tính đa hình, tính đóng gói, tính mơ đuyn hố v.v comp Ta ‘Objects: nŸỶaree "ng Intra intacearat trace Penny Objects dep.» — ‘Objects | Eemne sầ mm «Ä ve Objects Objects ‘Objects | | Objects ‘Objects Hình Sự hợp tác đổi tượng ACS 157 TE,1 Hợp tác đắt trợng phần rời rec 'Hợp tác đối tượng phẩn rời rạc (DPC - Discrete Part’s Collaboration) [7] bao him tổ hợp vị tí Q (ví dụ, chế độ hoạt động khác ACS: “cất cánh", “hạ cánh”, “bay bằng”, “bố nhào”, “bay liệng” v.v ), tổ hợp địch chuyển automate lai Mỗi vị trí kết hợp với IGCB cụ thể 1V.2 Hợp tác đắi tượng phần liên tục Hợp tác đối tượng phần liên tục (CPC - Continuous Part's Collaboration) [7] bao sồm lớp thực thể; dùng để lưu trữ xử lý hoạt động truyền đạt thơng tin ACS Miu ding hố [2] chi CPC; dùng để làm đồng hố q trình tiến triển phần tử liên tục qua việc sử dụng lớp: #endezVous Semaphore [T], (8) 1V.3 Hợp tác đối trợng IGCB Hợp tác đối tượng IGCB (JC - IGCBˆs Collaboration) [7] chứa lớp thực thể; mơ tả ứng xử liền tục tồn tức thời (*địng” liên tục F automate lai ACS phát triển) Mỗi “dịng” liên tục kết hợp vị trí cụ thể g, hệ thống Chỉ cỏ IGCB cy thé thời điểm cho, có nghĩa la: có lớp thực thực thể chủ động thời điểm cho hợp tác đối tượng IGCB Chúng ta xây dựng lớp trừu tượng hợp tác này; nhằm mục đích giảm việc khai báo thuộc tính chức lớp tham gia 1:4 Hợp tác đồi tượng giao diện Hợp tác đối tượng giao diện (IIC - Internal Interface’s Collaboration) [7] trung gian CPC DPC ; kiêm tra đại lượng bắt biến ¿my automate lai phat sinh kiện bên Tiếp theo, DPC xứ lý kiện nhằm myc địch đưa chế độ hoạt động (IGCB)cụ thể hệ thống 1V.5 Hợp tác đỗi tượng giao điện bên Hợp tác đổi tượng giao điện bên (EIC - External Interface's Collaboration) Nó dùng để gửi nhận tín hiệu có chu kỷ, kiện khơng có chu kỷ hệ thông phát triển [Ị trung gian hệ thống phát triển với hệ thống can thiệp hệ thống can thiệp Các kết điều khiến, việc đặt thơng số làm việếv.v thị qua việc sử dụng mẫu thiết ké MVC (Model - View - Controller) Ở đây, không sâu vào MVC; vi, mẫu phát thơng [3] 'V Hợp tác gói ACS Để thực pha thi hành triển khai cách hồn chỉnh hệ thơng điều khiển cơng nghiệp nói chung, chúng tơi thấy việc chuyển đổi trực tiếp từ hợp tác đối tượng sang môi trường thực thỉ cần phải thêm số nhân tố, Ví dụ, hợp tác đối tượng hệ thống điều khiển khơng thích ứng tốt để trực quan hố mơ hình hố kiểu xun nỗi đối tượng hệ thống Trong pha thiết kế tết ACS, biển đổi hợp tác đối tượng xác định trờ thành hợp tác gồi; cho phép hành sử dụng lại ACS cách toàn gói tơng quan ứng dụng khác 'Đo vậy, chúng tơi đưa Š gói (hình 3): gói phần liên tye (continuous part's capsule), gói phẩn rời rạc (discrete part's capsule), gói giao điện (internal interface’s capsule), goi giao diện ngodi (external interface’s capsule) gồi IGCB (Instantaneous Global Continuous Behavior - IGCB’s capsule); né tham gia vào việc thực automate lai ciia ACS Sự kết nối đẻ thực việc truyễn đạt thông điệp 158 eco Tr thi hanh qua céc cing giao thức chúng; hình hình 33 giới giới thiệu thiệu sơ đồđồ.cầu trúcú +/Signels sELProtoco) +/P Element CP-Proacol Hình Sơ đồ cấu trúc truyền đạt gói ACS 'Do giới hạn số trang báo, không nêu tiết cấu trúc tỉnh ‘tng xử động gói mẫu truyền đạt chúng; kết tiết thể tìm thấy [7] 'VI Đề xuất ngữ cảnh để phát triển ứng dung ACS: 'Trên thực tế, sử dụng cụ thể hoá phiên UML thời gian thực ‘automate lai dé thực cách hồn chỉnh pha phân tích, thiết kế, hành triển khai HDS cơng nghiệp [7], [13] Vi dụ, hệ thống điều khiển camera quét (SCCS - Sweeping Cameras Control System) [7], [14]; phản thiết bị theo dõi người cầu thang qua vedio Chính thế, chúng tơi cho cách tiếp cận mơ tả áp dụng đễ phát triển ứng dụng ACS cụ thể: nhằm mục đích xác định, tổ chức thi hành “một cách nhanh chóng đối tượng điều khién hệ thống VI Kết luận Chúng tơi đưa mơ hình thiết kế tổng quan hệ thống điều khiển cánh lái máy bay (ACS - Aerofoil Control Systems); nd c6 thổ cho phép ác định, cấu trúc ‘hod, thi hành thực cách nhanh chóng đối tượng điều khiển chủ động hệ thống Chúng tơi trình bày điểm quan trọng sau: ~ Cập nhật mơ hình automate lai ACS hệ thống động lực lai (HDS~ Hybrid Dynamic Systems); ~ Tổ chức automate lai hệ thống hợp tác đối tượng; ~ Xée dinh gói ACS mẫu truyền đạt gói đó, nhằm mục đích thực lai chúng ‘thi automat e “Trong thời gian tới,, TH HA thực máy tính đơn VIL Loi cam on Bài báo hoàn thành với hd trg ti chinh cia : “Council for Natural Science of Vietnam” “AUF's Post-doctorate program” tai HUT, IFI Hano (Vietnam) va CESTI Toulon (France) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] BOOCH, G., RUMBAUGH J., JACOBSON L (1999) The Uni/ied Modeling Language User Guide, Addison Wesley [2] DOUGLASS B-P., (1998) Real - Time UML: Developing Efficient Objects for Embedded Systems, Addison Wesley [3] GAMMA E., HELM Catalogue de modéles de R., JOHNSON R., VLISSIDES J, (1996) conception rétilisables, Thomson Design Patterns [4] HENZINGER T-A., KOPKE P-W., PURI A., VARAIYA P., (1995) “What's decidable about Hybrid Automata?” 27" Annual ACM Symp On Theory and Computing [5] HENZINGER T-A., HO (1995) "HyTech: the Cornel Hybrid Technology tool”, Hybrid System Il, Andsaklis P Kohn W., Nerode A., Sastry S (dir.), Springer-Verlag, "LNCS 999, 1995 [6] HIEN N-V., SORIANO T., (2001) « Jmplementing Hybrid Automata for Developing Industrial Control Systems » 8° IEEE - ETFA, Nice, France [7] HIEN N-V., (2001) Une Méthode Industrielle de Conception de Commande par Automate Hybride Développée en Objets., These de Doctorat, N° attribué par la bibliothèque L0 LL LA L LX 13 |01018 121, CESTI Toulon, Univertsité Marseille II (8] HIEN N-V VINH H-T SORIANO T (2005) “A General Design Model of Industrial Control Systems Using Real-Time UML", Intemational Conference on Computer Science: RIVF, Cantho, Vietnam [9] MULLER P-A (2000), Modélisation objet avec UML, Eyrolles [10] RATIONAL Software, (2004) Rational rose RealTime online documentation, Rational ‘Software Co., www.rational,com [11] SELIC B., RUMBAUGH 4,, (1998) «Using UML for modeling complex Real-Time systems, a white paper, www rational.com 160 © 12).SORIANO T., HIEN N-V., (1999) « Using Objects Collaboration to Model the Control of an Industrial System » YEEE - ETPA, Barcelona, Spain (I3) SORIANO T.„ HIEN N-V„ (2002) « An electro-hydraulic station controller retro- designed with UML Capsules » IEEE ~ISIE, L'Aquila, Italia (14) SORIANO T., SGHAIER A., HIEN N-V., (2004) « Mechatronics Design From an Object Oriented Point of View », WSEAS Transactions on Communications, httpz/avere.wseas.org, Issue , Volume 3, pp 282-287, ISSN 1109-2742 USING REAL - TIME UML AND HYBRID AUTOMATA FOR DESIGNING AEROFOIL CONTROL SYSTEMS: AN APPROACH ‘Le Quang, Ngo Vin Hien, Vu Duy Quang, Ho Tuong Vinh Abstract In this paper we presenta general design model, whichis based om hybrid ‘automata, object collaborations, capsules, ports, protocols and entity clases to carry out the design phase of an aerofoilcomrel sytem in order o quickly identify organize and implement contol abjecs of this system This model also support o allow aerofll contol ‘stems 10 be re-used in the new application design phase We introduce step-by-step the object collaborations of an aerfell control system modeled by hybrid cutomata, the idenification of main control capsules, ther pots and communication protocols, with their static and dynamic links, which unify them Then, we advance all generic static structures f conrol capsles,sub-capsules, their ports and protocols ofthis system The global Imerconnecion structure for communicating between these copsles and ther sub-eapsules ‘sala indicated inthis paper Keywords: Aerofoil control system, real-time UML (Unified Modeling Language), ‘object collaboration, hybrid automaton, capsule, port and protocol 161 ... hành hợp tác đối tượng qua việc sử dụng cú pháp “Gói Cổng va Giao thức” “Cuối cùng, chúng tơi đề xuắt ngữ cảnh để phát triển ứng dụng ACS cụ thể qua việc sử dụng UML thời gian thực automate lai. .. Function Charts) để mơ hình hố hệ thống, động: để mơ hình hố hệ thống điều Ti gian mn sir dung automate Iai boi vi: ~ Chỉ có ứng xử iên tục thời điểm cho automate lai, ~ Automate lai có đại lượng... dung ACS: ''Trên thực tế, sử dụng cụ thể hoá phiên UML thời gian thực ? ?automate lai dé thực cách hoàn chỉnh pha phân tích, thiết kế, hành triển khai HDS công nghiệp [7], [13] Vi dụ, hệ thống điều