含不可控不可观变迁Petri网的鲁棒活性控制

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Petri网作为一种成熟的数学工具,因其在系统行为描述方面的优势,被广泛应用于自动制造系统的建模和分析。在自动制造系统中,不同加工进程对资源的竞争引起的死锁可能会严重威胁系统的生产效率和安全。针对该问题,学者从结构和可达图两方面进行研究,提出了许多基于Petri网的死锁控制策略。然而大部分研究忽略了资源的可靠性以及事件的可控性和可观性。系统中不可靠资源以及不可控和不可观事件的存在可能会造成无法预料的后果。为解决这些问题,本文基于含不可控不可观变迁的Petri网为系统设计鲁棒活性控制策略。资源故障和修复的过程使用恢复子网来建模。本文的主要研究工作如下:1.通常情况下,可达图分析会面临状态爆炸问题。针对该问题,本文基于偏序简化技术构造了一种改进的持久图。该图可应用于含不可靠资源的自动制造系统的状态简化。由于网模型的改进持久图是从可达图简化而来的,因此其改进持久图中的标识数量要少于其可达图中的。考虑到不可控和不可观变迁的存在,我们将改进持久图中的标识划分为两类:鲁棒容许标识和非容许标识,并据此提出了一种离线的鲁棒活性控制策略。该策略利用整数线性规划设计库所不变式来得到具有最小结构的控制器,从而禁止所有非容许标识并确保不可观变迁的发射不会被观察到。经验证,无论不可靠资源是否故障,控制器都可以保证受控系统的活性,而且与现有基于可达图的控制策略相比,该策略计算控制器的负担更低。2.考虑到实际的控制需求,本文提出了一种有关鲁棒容许活性约束的在线控制策略。该策略的主要目的是通过在线的计算机制使系统无法到达非容许标识。文中给出了计算约束的算法并使用改进的持久图来简化算法的计算复杂度。考虑到不可控和不可观变迁的存在,我们介绍了可观的变迁序列。在每个系统状态,一旦观测到了可观的变迁序列,那控制策略就会做出相应的控制动作,从而使系统运行在约束限制的可行区域内。本文给出并证明了控制策略存在的条件。最后,通过实例验证了本文提出的方法的有效性。结果表明,离线控制策略和在线控制策略都能保证受控系统的活性。
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