SpaceWire译码电路在HOL4中的形式化验证

SpaceWire是在苛刻环境下的高速通信总线协议,译码电路是其接收端的关键电路,对该电路进行形式化验证具有重要的现实意义.形式化验证方法中的定理证明将需要分析的电路进行形式化建模,结合定理证明器,对模型的性质进行严格推理从而完成验证.本文运用定理证明的方法,在高阶逻辑证明工具HOL4中对SpaceWire总线的译码电路进行形式化验证.首先根据SpaceWire标准规范抽取相关性质,用高阶逻辑语言形式化描述;然后分析电路设计中的VHDL代码,依据代码实现的功能用相应的逻辑谓词建模;最后在HOL4中证明了译码电路设计的模型能满足所提取的性质.本文同时给出了形式化建模的方法和验证过程.

共形几何代数与机器人运动学的形式化

共形几何代数作为一种新的几何表示和计算系统,它为经典几何提供了简洁、直观和统一的齐性代数框架,目前在现代科技的各个领域有很广泛的应用,但是利用共形几何代数进行计算和建模分析的传统方法如数值计算方法和符号方法存在计算不精确等问题.定理证明方法是一种验证系统正确性的严密的形式化方法.在高阶逻辑证明工具HOL-Light中建立共形几何代数系统的形式化模型,提出基本代数运算、几何体表示和几何变换等理论的相关逻辑定义和性质证明.最后为了说明共形几何代数形式化的有效性和实用性,基于共形几何逻辑模型对5R串联机器人的运动学反解进行形式化建模并提出验证方案.

平面并联机构的形式化建模与验证

平面并联机构运动学分析是机构学研究热点之一,平面并联机构运动学模型的构建和求解的错误会给整个系统带来灾难性损失.传统运动学分析方法难以保证模型的完备性和求解的正确性.而基于高阶逻辑的定理证明方法可以弥补传统分析方法的不足.本文以几何代数、共形几何代数的高阶逻辑表达为基础,在HOL Light定理证明器中形式化描述平面并联机构的相关数学理论,建立正向运动学高阶逻辑模型,验证正向运动学的一般性求解算法,从而确保了平面并联机构运动学分析的正确性和分析求解方法的可靠性.

群机器人区域覆盖算法高阶逻辑建模与验证

区域覆盖算法广泛用于群机器人解决资源勘查、目标搜救、地形测绘等问题.目前,对区域覆盖算法的研究主要是用传统计算机仿真和数值计算方法对算法模型进行测试,然而,软件系统缺陷可能会使测试结果出现偏差,导致任务失败.因此,本文采用定理证明的形式化方法,基于交互定理证明器HOL-Light中集合库、实分析库等定理证明库,实现了群机器人工作场景的高阶逻辑表达;完成了机器人移动概率和平均移动概率的建模与验证;最终验证了一定时间步长内群机器人在特定区域内的覆盖率的正确性.为实现多种复杂场景下群机器人区域覆盖算法的高阶逻辑定理证明形式化分析奠定基础.