Объектно-ориентированный подход к формированию модели и

реклама
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
Скачать