Моделирование сложных систем управления движением поездов на основе гибридных автоматов
Abstract
Системы управления движением поездов совершенствуются в направлении интеграции функциональных возможностей бортовых локомотивных комплексов и устройств железнодорожной автоматики, формируя сложную систему. Эта система совмещает в себе абстрактные модели, цифровые вычислительные компоненты с непрерывными физическими процессами и материальными объектами и проявляет свойства встроенных, гибридных, киберфизических и мультиагентных систем. Однако методы и модели взаимодействия для таких систем управления поездами не сформированы: для описания работы бортовых комплексов используется математический аппарат теории автоматического управления и дифференциального исчисления, для устройств железнодорожной автоматики – аппарат дискретной математики. Это представляет важную научную проблему, которая препятствует развитию алгоритмов и средств управления поездами. В статье на основе литературного обзора анализируются понятия встроенных, гибридных, киберфизических и мультиагентных систем применительно к управлению движением поездов. Обосновывается возможность моделирования рассматриваемых систем с помощью формализма гибридных автоматов и их композиций. Train control systems are advancing toward integrating the functionality of onboard locomotive systems and railway automation devices. This creates a complex system that combines abstract models, digital computing components, continuous physical processes, and material objects, exhibiting the properties of embedded, hybrid, cyber-physical, and multi-agent systems. However, methods and models for describing interactions for such train control systems have not been developed: the mathematical apparatus of automatic control theory and differential calculus is used to describe the operation of onboard systems, while discrete mathematics is used for railway automation devices. This represents a significant scientific challenge that hinders the development of algorithms and tools for train control. This article, based on a literature review, analyzes the concepts of embedded, hybrid, cyber-physical, and multi-agent systems as they apply to train control. The possibility of modeling these systems using the formalism of hybrid automata and their compositions is substantiated.