时间Petri网的鲁棒活性控制

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Petri网为并发系统及其行为提供了一种强大的数学表达形式,因此被许多不同领域的研究人员和工程师应用于当代技术系统中,如通信协议、计算机网络、分布式数据库和工作流程管理等。在自动制造系统中,资源作为系统运行的重要环节需要保证合理的调配和控制,才能避免因资源分配不当造成的系统死锁和生产停滞。在目前的研究中,大部分基于Petri网的死锁控制策略是通过状态空间分析或结构分析,而基于状态空间的分析方法和控制策略相较于基于结构的方法往往能获得系统较高的行为许可。大部分研究系统通常设定系统为无资源故障且不考虑操作的时间问题。然而在实际复杂的自动制造系统中,一些资源可能会在运行时发生故障,且系统每个操作的开始和结束需要一定的等待和完成时间,因此考虑资源故障和时间因素的死锁控制策略更符合自动制造系统的实际情况。为此,本文将基于时间Petri网从可达状态空间出发设计出鲁棒活性控制器。主要研究成果如下:在时间Petri网的各种状态空间抽象中,我们首先考虑了最为广泛使用的状态类图,并基于状态类图设计了一种鲁棒死锁控制方法。首先基于时间Petri网状态类鲁棒合法的定义将状态空间内的状态类划分为鲁棒合法状态类和非法状态类,为保留尽可能多的合法状态类,通过库所不变式设计具有鲁棒性的死锁控制器禁止非法状态类。最后经过控制器计算的反复迭代后,得到一种基于时间Petri网状态类图的死锁控制策略。这一控制策略可保障无论时间网是否有资源故障问题,受控时间网都具有鲁棒活性。众所周知,状态空间的规模相对于Petri网模型的大小增长更快。在时间网抽象状态空间中,不同的变迁发生顺序通常会导致不同的抽象状态,这种情况加剧了状态爆炸问题。为了解决这种局限性,我们使用了基于时间网顽固集的偏序简化技术。首先,使用压缩状态类图来构造时间网的状态空间。其次,为了解决基于经典顽固集的压缩状态类图不适合进行鲁棒活性分析的问题,我们在经典顽固集方法上增加了一个可发射变迁的选择条件。然后,提出了基于简化状态类图的状态空间划分和控制器计算算法。最后,通过实例对本文提出的控制方法进行说明和验证。结果表明,无论系统是否发生资源故障,基于状态空间对含有不可靠资源的时间网设计的控制策略均可保证系统的鲁棒活性。
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