能源区块链离散状态事件驱动仿真方法

区块链技术在能源领域具有广阔的应用前景,能源区块链的工程应用正逐步推进。现有能源区块链仿真方法仅能仿真小规模系统,且难以灵活测试能源区块链参数对运行效率的影响,无法分析含大规模节点的能源区块链性能。该文首次引入离散状态事件驱动仿真思想,提出灵活高效的大规模能源区块链仿真方法。首先,构建面向离散状态事件驱动的能源区块链仿真模型,仿真能源区块链节点和网络的核心功能。随后,设计了能源区块链的离散状态事件集和事件调度时序规则,驱动仿真模型动态运行。最后,开发了能源区块链仿真器,选取大规模分布式能源点对点交易场景验证了所提方法的有效性及仿真效率。结果表明,所提方法能够灵活高效地仿真大规模能源区块链,既可以验证智能合约的有效性,同时为能源区块链的参数配置提供仿真数据支撑。

基于离散状态事件驱动的电励磁同步电机系统建模解算方法

微电网系统可以实现分布式电源、储能和负载的灵活接入,目前受到了广泛关注。建模仿真方法是微电网系统分析和设计的基础工具。但是,由于微电网系统往往含有多种直流、交流电源以及大量的电力电子装置,对系统进行准确解算耗时很长,仿真速度慢已成为系统分析设计的瓶颈问题之一。离散状态事件驱动(DSED)方法能够针对大规模电力电子变换器进行高效的解算,具备在微电网系统仿真中应用的潜力,但是由于建模解算均基于线性状态方程,该方法目前无法求解电励磁同步电机这一微电网系统中的非线性基本元件。该文提出了基于DSED方法的电励磁同步电机建模解算方法——状态变量接口解耦解算方法,使得DSED方法能够对包含电励磁同步电机的非线性微电网系统进行高效解算,从而提高仿真效率。在微电网系统算例研究中,与商业仿真软件相比,基于该文所提方法可以在相同精度下提高解算速度40余倍,从而可以为包含非线性旋转设备的大规模微电网系统准确高效的分析和设计提供仿真工具。

一种状态事件故障树的定量分析方法

状态事件故障树是一种适合于描述复杂系统中失效因果链的建模技术,对系统失效结果的概率特性进行定量分析是获得系统安全性参数的一种重要途径.由于状态事件故障树是半形式化模型,需先精确描述其语义才能进行定量分析.为此,本文提出一种基于交互马尔可夫链的状态事件故障树定量分析方法.首先,通过将交互马尔可夫链的交互动作精化为输入和输出动作,提出接口交互马尔可夫链模型用于状态事件故障树的形式语义描述.然后,在此形式语义的基础上设计了一种状态事件故障树定量分析方法.最后给出了一个飞机起落架收放系统的状态事件故障树建模及概率特性定量分析的实例研究.

一种状态事件故障树的时间特性分析方法

状态事件故障树是一种适合于描述构件化嵌入式系统失效因果链的建模技术,其顶层事件描述失效发生的结果.对顶层事件发生的平均时间进行分析,是获得系统平均失效时间参数的一种有效方法,可为系统的安全性评估提供支持.由于状态事件故障树缺乏严格语义,使得必须先对其进行形式化描述才能进行定量分析.为此,提出了一种基于交互马尔可夫链的状态事件故障树时间特性分析方法.首先,精化交互马尔可夫链的交互动作,建立接口交互马尔可夫链模型,并基于该模型对状态事件故障树的构件和逻辑门进行形式语义描述;其次,通过并行组合构件与逻辑门的形式语义模型,得到整个状态事件故障树的形式语义模型,并在该过程中使用弱互模拟对状态空间进行约简;然后,基于状态事件故障树的形式语义给出顶层事件发生的平均时间计算方法;最后,给出飞机着陆雷达控制系统和喷淋防火系统的状态事件故障树时间特性分析的实例研究.为构件化系统失效时间特性的分析提供了一种新方法.

嵌入偏序约简的状态事件线性时序逻辑验证

模型检验是硬件和软件形式化验证最成功的技术之一.目前大部分的模型检验技术是基于状态的而不考虑迁移上的操作和事件.这导致模型检验在验证使用事件进行交互的组件系统中面临新的困难,因此需要新的规约技术对状态事件系统进行规约.状态事件线性时序逻辑(State/Event Linear Temporal Logic,SE-LTL)给出了一种简洁和直接的方式表达包含状态和事件的系统属性.在SE-LTL中,状态和事件都可以作为原子命题.基于自动机理论的线性时序逻辑(Linear Temporal Logic,LTL)模型检验可以被用来对SE-LTL属性进行验证.然而SE-LTL属性在经典的stutter等价(stutter-equivalent)下无法保持,所以最有效的并发程序状态约简技术:偏序约简技术(Partial Order Reduction,POR)不能直接应用于SE-LTL的验证.该文提出一种新的方法利用已有的偏序约简技术对SE-LTL验证过程的状态空间进行约简.该方法分为两个部分:第一个部分是针对SE-LTL不带NEXT算子的约简方法;第二部分则是带NEXT算子的约简方法.第一部分的主要思想是从一个Büchi自动机(Automata,BA)中抽取出“状态部分”.“状态部分”的含义是该部分只与系统的状态相关.基于“状态部分”,给出关于BA和标签Kripke结构(Labeled Kripke Structure)的同步乘,并在同步乘的构造过程中嵌入偏序约简技术,从而约简同步乘的状态空间,即该文的约简技术是on-the-fly的.嵌入的偏序约简在已有的偏序约简基础上,面向SE-LTL公式中的事件引入新的可见操作的识别方法.为了能够将偏序约简技术应用到所有的SE-LTL公式,该文同时给出验证SE-LTL带NEXT算子的偏序约简算法.NEXT算子是偏序约简的另一个主要障碍.该部分是文中的第二部分工作.该部分的技术依然是on-the-fly的,并且需要与状态部分的识别相结合.通过将该文技术实现到SPIN模型检验器中对已有的模型进行验证.Spin是针对LTL的并发程序模型检验器.实现部分包括SE-LTL到BA的转化,以及on-the-fly的模型验证过程.实验的过程主要针对三个模型集:生产消费者模型,哲学家就餐问题以及公共对象请求代理体系结构中的GIOP协议.验证结果表明,对比完全基于状态的模型检验和不带偏序约简的状态事件模型检验,该文的方法具有更好的效率,并且能够被应用于状态事件系统,特别是安全有关嵌入式系统的验证.

基于状态事件故障树的信息物理融合系统风险建模

信息物理融合系统(Cyber-physical Systems)中嵌入式系统网络的应用使其容易遭受网络攻击,攻击者可能会利用软件和通信组件中的漏洞获取系统的控制权,从而导致系统失效。现有的信息物理融合系统安全风险建模方法主要基于静态故障树进行,不考虑软件控制系统特有的动态性和时序依赖性,无法推导出网络攻击所导致的最终影响。因此,文中基于状态事件故障树提出一种信息物理融合系统风险建模方法。首先,针对状态事件故障树(Stata/Event Fault Trees,SEFTs)模型进行攻击步骤集成,提出Attack-SEFTs模型;在此基础上,给出信息物理融合系统的常见漏洞模式,并基于Attack-SEFTs对各种漏洞模式进行建模;接着,给出Attack-SEFTs模型的失效路径分析方法;最后通过一个案例说明了所提方法的可行性。

离散状态事件驱动仿真方法及自适应预估校正算法

在电力电子系统分析中,需要对带间断和刚性的常微分方程组进行仿真计算。然而,采用传统的时间离散算法来求解此类方程组时会遇到诸多困难。Kofman等基于离散事件系统规范(DEVS)提出了量化状态系统(QSS)算法,它不是对时间进行离散,而是将状态量进行离散。QSS算法可以有效求解带间断和刚性的常微分方程组。基于离散事件算法思想,提出适合于电力电子仿真的离散状态事件驱动(DSED)仿真方法;同时,为提高DSED方法的精度,提出基于DSED的预估校正算法;为大幅减少计算量,通过研究计算步数与状态量幅值和频率的关系,提出自适应方法。仿真算例证明了所提算法的有效性。

混合动态系统状态事件的精确定位方法

为了在分析和仿真混合动态系统时能够精确定位状态事件,避免定位过程中的不连续黏连现象的发生,提出变步长的状态事件定位方法.通过对状态事件条件历史值的拟合,得到预测事件条件的运动趋势,并以此趋势动态地调整数值积分的步长,使得状态事件发生时的连续状态值正好在积分网格上,并将该算法应用于一个整流电路的仿真.分析和仿真结果表明,在给定的误差范围内,对具有非线性事件条件的混合动态系统,该算法能够有效而精确地定位状态事件发生的时刻以及连续状态的值.算法简单易行,适用于控制模态或运动模态需要转换的场合.

混合动态系统的状态事件快速定位

利用两种不同的微分方程数值解法,提出一种快速区间套搜索方法,用于提高自动分析和仿真混合动态系统时状态事件定位的精度,同时避免定位时常出现的"不连续粘连"现象.在所设定的允许误差范围内,能够快速且精确地定位在状态事件.对一个电路系统的分析和仿真结果表明算法的有效性.

基于区间牛顿法的混杂系统状态事件探测算法

准确的探测状态事件对混杂系统仿真至关重要,特别是求解有奇点或有重根的模型。提出一个基于可变步长显式多步法的插值多项式来预测事件函数的值,并使用扩展的区间牛顿法求解事件方程的根,从而使状态事件能够被可靠地发现。插值多项式不需使用下一步的状态变量估计值,可用于有奇点系统中。区间牛顿算法可求解具有多重根的方程,并将根的不存在性探测和求根过程结合在一起。仿真实例表明本算法对混杂系统有效,在几种严苛情况下都能探测到状态事件,及时避开模型奇点,避免仿真失败。

一种基于状态事件故障树的软件安全性分析方法研究

目前,能够对航空航天、核电等领域中复杂嵌入式系统安全关键软件功能建模和故障分析的方法尚未得到统一;致使功能模型分析中缺乏安全属性来源,故障分析得到的危害无法在功能设计中得到避免.状态事件故障树是一种适合描述复杂系统中功能失效因果关系的建模技术,统一了功能建模和故障分析;但是,由于其缺乏精确语义,难以直接进行软件的安全性分析.为此,提出一种基于状态事件故障树的软件安全性分析方法:首先,通过元素映射以及逻辑门转换,将状态事件故障树扩展为附加故障语义信息的故障状态机;然后,将故障状态机转换到时间自动机;最后,在模型检测工具UPPAAL下进行安全性测试反例分析.本文使用燃气灶控制系统的实例进行分析.

后向离散状态事件驱动电力电子仿真方法

为解决电力电子系统中的刚性状态方程数值解算困难问题,在后向量化状态系统(BQSS)算法的基础上提出一种后向离散状态事件驱动(BDSED)仿真方法。BDSED方法是隐式的,其关键在于如何选择一组合适的量化函数值组合,使得据此计算出的导数向量能够让各状态变量向其对应的量化函数值趋近。由于在每一步计算中,每一个状态变量下一时刻的量化函数都有两种取值,所以对于复杂高维系统,枚举的方式并不可行;同时各状态变量的量化函数值的确定存在互相耦合、相互制约的关系,导致问题更加困难。为解决该问题,提出一种基于有限状态机的实现方案,并在带非理想器件模型的变换器电路上进行了算例验证。仿真结果表明,基于有限状态机实现的BDSED能高效地选取量化函数值组合,在解算变换器等刚性系统时仿真效率明显优于DSED方法和传统的时间离散刚性解法。

基于离散状态事件驱动的电力电子仿真技术和仿真软件发展现状与展望

电路仿真已经成为电力电子系统分析设计的基础性和支撑性技术之一,基于此形成的电力电子仿真软件是相关科学研究、产品开发和工程应用不可或缺的数值实验平台。然而,由于电力电子系统具有连续与离散过程相互混杂的特点,系统动力学行为跨越s到ns等多个时间尺度,其仿真技术和仿真软件发展仍面临诸多挑战和瓶颈问题。近期,相关系列研究提出了离散状态事件驱动(discretestate event-driven,DSED)的建模仿真理论方法,基于此形成了通用电力电子仿真软件,为解决电力电子混杂系统多时间尺度高效仿真提供了新的技术路线和解决方案。这一方法正在动态发展之中,为了更好地总结和展望其相关研究成果,文中首先分析电力电子系统的多时间尺度混杂特性,在此基础上阐述电力电子仿真技术的发展现状及面临的瓶颈问题,然后系统性地总结针对瓶颈问题提出的离散状态事件驱动建模仿真理论方法,进一步介绍和对比分析电力电子领域常用的商业仿真软件及基于离散状态事件驱动形成的DSIM仿真软件,最后展望相关电力电子仿真技术和仿真软件的未来发展方向。

基于离散状态事件驱动的电力电子瞬态过程仿真方法

为分析计算电力电子系统的电磁瞬态过程,需采用非理想开关器件模型,并计及电路中的杂散参数和控制回路中的时间延迟等,此时描述电力电子系统的数学模型呈现出高阶非线性特性,且往往具有较强的刚性。采用常规微分方程的数值解算方法对于这种非线性的电力电子系统瞬态过程进行仿真求解,存在仿真时间超长和数值稳定性很差的问题。为解决这一问题,基于离散状态事件驱动(DSED)思想提出一类电力电子瞬态过程数值仿真方法,摒弃对时间离散的常规数值解算,而直接以状态量的变化值作为仿真计算依据。理论推证和仿真解算比较结果表明:该方法能有效缩短解算时间,同时解决了常微分方程组的刚性问题,使得解算具有很好的数值稳定性。

欺骗攻击下奇异跳变系统状态感知事件触发H_(∞)-脉冲混杂反馈控制

本文研究了在欺骗攻击下奇异马尔可夫跳变系统的状态感知事件触发H_(∞)-脉冲混杂反馈控制问题。为了进一步权衡控制性能和通信效率,提出了一种可根据当前系统状态自适应地调整事件触发阈值的基于周期采样的模态相关状态感知事件触发机制。基于所提出的事件触发机制,建立了一种模态相关的脉冲混杂反馈控制器。通过构造脉冲时间相关和马尔可夫跳变模态相关的Lyapunov-Krasovskii(L-K)泛函并结合奇异值分解技术,获得了奇异马尔可夫跳变系统在欺骗攻击下的H_(∞)随机容许性准则。在线性矩阵不等式框架下实现了状态感知事件触发器和H_(∞)-脉冲混杂反馈控制器协同设计。直流电机驱动负载的仿真实例验证了本文方法的有效性。

系统故障演化过程中事件状态联系数构建研究

由于故障数据提取、表示、分析和处理过程存在不确定性,给系统故障演化过程研究带来困难,为此,提出一种基于集对分析联系数的系统故障演化过程事件状态联系数构建方法。基于联系数对多语义状态划分及同异反状态的表示分析能力,以系统安全为目标进行研究。分析已有精确系统故障演化过程分析方法的不足;将事件发生概率分布划分为安全、不确定、不安全三状态等效同异反状态,进而确定状态分项系数得到事件状态联系数;通过同异反真值表确定结果事件状态联系数。结果表明,得到的事件状态联系数符合联系数构造条件和逻辑真值关系,进而获得系统故障演化过程的事件演化表示方法,也可使用集对分析的已有方法进行相关研究。研究搭建集对分析理论与系统安全分析的桥梁,将蕴含不确定数据的定量分析发展为不确定性分析,化简分析过程并体现同异反特征。

事件故障状态量子博弈过程的参与者收益研究

为了解事件故障状态量子博弈过程中参与者收益随各影响因素的变化情况,提出在空间故障树(Space Fault Tree, SFT)框架内,以事件故障状态为对象,对参与者收益进行研究。事件故障状态使用量子态表示,管理者和操作者的不同行为对事件故障状态的作用使用博弈表示。考虑因素包括安全产出价值、安全收益分配系数、安全措施成本。研究了事件故障状态与量子博弈的关系;纠缠与非纠缠态下的参与者收益;参与者收益受到各因素影响的特征等。研究得到了管理者和操作者考虑纠缠和非纠缠态的收益函数。结合SFT理论方法,提出了针对收益的因素重要度、因素联合重要度、收益风险区和安全区、因素区域重要度。理论上SFT可用于量子博弈参与者收益的分析。也论述了使用因素空间理论解决该问题的可能性。

汉英翻译中致使性状态变化事件的再词汇化过程 --基于小说文本双语对比

本文基于Talmy的词汇化类型理论,以致使性状态变化事件的编码方式为考察对象,通过对比分析汉语小说及其英文译本,对事件中的[致使]、[方式]、[状态变化]等语义要素的编码方式进行考察,发现汉英致使性状态变化事件的编码方式存在较大差异:(1)在编码致使性状态变化事件时,汉语经常使用附加语表征[状态变化],具有附加语框架语言倾向,对致使性状态变化事件的描写更加丰富细致,具有动态感;而英语则经常采用主动词表征状态变化,具有动词框架语言倾向。(2)通过原文和译文的对比分析发现,翻译过程中,[致使]、[方式]和[状态变化]等语义要素可以根据语篇需要进行对等、泛化、省略和调整等处理,除了译为典型的V-结构或S-结构,还可以译为方式动词、短语结构等其他形式。(3)致使性状态变化事件的翻译过程实际上是一种再词汇化过程,部分语义要素的凸显性发生较大变化。

多因素波动影响下事件状态的联系数表示研究

为研究在因素波动影响下事件状态变化和不同状态出现的可能性,本文将语义划分与集对分析联系数的多级状态对应,建立因素波动影响下的事件状态联系数表示方法。制定了单因素波动情况下事件状态联系数的构建方法,以单位因素区间对因素平面进行离散,分别计算各离散区域的联系数,综合所有联系数形成事件状态联系数。根据数值逻辑的或关系和联系数运算法则耦合单因素事件状态联系数得到2因素事件状态联系数。多因素通过切片法降维至2因素才可使用上述方法。本文证明了离散求解与整体求解的等价性,使用各语义划分面积比例计算联系数较离散法更为方便。实例中使用整体求解法计算了2因素事件状态联系数。最后说明了本文方法面临的问题、原因和解决方法。

事件–状态语义学:一个关于英语时体时态句的形式语义

英语中与时间相关的表达不仅有时态,还有时体,二者是英语时间表达的两个维度,共同形成了多种时体时态句。时态逻辑、区间语义学、RK理论给出了部分时态句的形式语义解释。如何理解时体维度,给出时体时态句的全面解释,是自然语言的形式语义研究的待解之题。对此事件–状态语义学放弃了时态逻辑的绝对时间框架,构建了以事件和状态为基本要素的相对时间框架。在此框架下,部分时体时态句得到了形式刻画。这一结果显示了事件–状态语义学对于英语时体时态句理解的合理性和处理潜力。其他部分的形式语义刻画将在现有工作的基础上通过进一步增加新的要素加以解决。