Объектно-ориентированный подход к формированию модели и
advertisement
УДК 001(06) Телекоммуникации и новые информационные технологии… М.Л. СИМОНОВ, Н.П. ПОПОВА, К.В. МАРТИНОВ, С.А. ЛАНТЮХОВ Московский инженерно-физический институт (государственный университет) ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД К ФОРМИРОВАНИЮ МОДЕЛИ И РАСЧЕТУ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Рассматривается объектно-ориентированный подход к формированию модели и расчету характеристик систем управления. Программная реализация систем автоматизированной разработки систем управления выполняется с использованием объектноориентированного подхода и характеризуется модульностью, возможностью к расширению и эффективностью процесса отладки программ. Разработка программного обеспечения использует инструментальные средства такие как языки визуального моделирования для написания моделей анализа, проектирования и реализации объектноориентированных программных систем. Эти средства могут использоваться для визуализации, спецификации, конструирования и документирования результатов программных проектов. Новыми методами и технологиями, используемыми при создании программных систем являются стандарт UML 2.0, концепция архитектуры на базе моделей (Model Driven Architecture, MDA) и поддержка разработки на базе моделей (Model Driven Development, MDD). UML позволяет разделить модель на представления в виде подмножества конструкций, которое характеризует один из аспектов моделируемой системы. Различают три основные представления: структурная классификация, включающая статические модели, динамическое поведение и управление моделью. Диаграммы классов используются в процессе анализа для указания ролей и обязанностей сущностей, которые обеспечивают поведение систем и в ходе проектирования для определения структуры классов, которые формируют системную архитектуру. Рассмотрим этапы редактирования, формирования соединений и расчета характеристик в общем случае нелинейных многомерных динамических систем. На этапе редактирования типов и параметров элементов управляющих и возмущающих воздействий формируется объекты моделей элементов ________________________________________________________________________ ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 10 54 УДК 001(06) Телекоммуникации и новые информационные технологии… различного типа. При этом конструируются объекты классов линейных моделей LElement, нелинейных элементов NElement, табличных элементов TElement и др., которые порождаются базовым классом Element. Новые классы элементов вводятся без перепрограммирования путем добавления программной реализации нового класса, наследующего базовый класс Element. Соединения между элементами (линии связи на структурной схеме) задаются с помощью объектов класса Connection. При построении модели системы в виде структурной схемы в вычислительной среде формируется список элементов и соединений на основе классов Olink и Olist. Классы Element и Connection наследуют класс Olink и образуют списки элементов и соединений в виде объектов класса Olist. Это обеспечивает многократное использование методов класса Olist при формировании и использовании различных списков. Математические модели системы конструируются в вычислительной среде как объект MMatmod на основе списка элементов и списка соединений. Класс MMatmod содержит члены-функции, реализующие включенные в него методы. Данный класс, являясь описанием модели системы, инвариантен ее типу. В него по принципу агрегации входит класс Matmod, который является классом линейных систем и в то же время порождает классы для других моделей систем: нелинейных NMatmod, табличных TMatmod и др. – описывая их линейную часть. Класс Matmod содержит виртуальные методы, которые реализуются в классах-наследниках в соответствии с элементами, включенными в структурную схему. В то же время в нем запрограммированы методы расчета моделей линейных систем. Так, метод интегрирования на основе расчета матричной экспоненты реализован как виртуальная функция класса Matmod. Для применения различных численных методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений – методов Рунге-Кутты различных порядков, методов Адамса-Башфорта-Мултона, неявного многошагового разностного метода и др. – вводятся классы-наследники класса NMatmod, в которых соответствующим образом реализуется виртуальная функция, основанная на соответствующем методе интегрирования. Использование виртуальных функций на основе принципов наследования и абстракции позволяет вводить новые классы со своими версиями виртуальных методов. ________________________________________________________________________ ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 10 55
