Спецификация комплекса моделей взаимодействующих динамических систем

Статья посвящена разработке теоретических основ создания компьютерных средств реализации совокупностей взаимодействующих процессов. Целью работы является разработка формализма, обеспечивающего возможность однозначного и непротиворечивого описания сложных динамических систем, имеющих холоническую структуру. Такие системы могут содержать в своем составе подсистемы такой же структуры. Формализм должен обеспечивать спецификацию комплекса моделей соответствующей структуры. Он должен обладать высокой выразительной способностью, т.е. быть пригодным для удобного описания широкого класса динамических систем и должен допускать эффективную программную реализацию.
Цель достигается за счет модификации известного ситуационно-событийного формализма спецификации процессов автономной системы. Данный формализм основан на использовании математической модели гибридного автомата и представлении его функций перехода с помощью трансформационных правил. Условные части этих правил представляют собой конъюнкции логических состояний процессов, которые интерпретируются как динамические ситуации. Модификация формализма состоит в следующем. Расширяется множество переменных модели. Вводятся логические переменные состояния подмоделей данной модели, которые могут использоваться для формирования ситуаций этой модели и ее подмоделей. Вводятся множества выходных логических и вещественных переменных, которые являются подмножествами соответствующих переменных состояния данной модели. Выходные переменные могут использоваться в трансформационных правилах моделей одного с данной моделью уровня и в модели более высокого уровня. Таким образом обеспечивается связь между всеми моделями комплекса.
Включение в описание модели элементов такого же типа как сама модель превращает это описание в рекурсивное описание, позволяющее описывать комплекс моделей. Программные объекты, имеющие такие описания, эффективно реализуются с помощью механизмов рекурсии, входящих в состав компиляторов большинства универсальных языков программирования. Структура реверсивных алгоритмов показана на примерах алгоритмов создания комплекса моделей и обновления состояний моделей. Экспериментальная проверка проведена путем разработки на основе предложенного формализма трехуровневого семимодельного комплекса моделирования системы координации процессов в двух автоматических системах позиционирования ролика на плоскости.
Малая трудоемкость разработки комплекса и удобство проведения модельных экспериментов подтвердили ожидаемую высокую эффективность формализма. Она определяется возможностью неоднократного использования моделей одних и тех же подсистем и удобством интерпретации результатов моделирования, а также высокой эффективностью программной реализации.