离散事件系统的Petri网控制器设计

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离散事件系统(Discrete Event System, DES)是由离散事件驱动,并由离散事件按照一定的运行规则相互作用,导致状态演化的一类动态系统。DES的本质是一类人造系统,如:柔性制造系统、通信网络系统、交通控制系统、计算机操作系统、军事指挥系统等等。离散事件系统的主要研究方向为系统性能分析和系统监控理论,本文主要研究的是后者。研究离散事件系统监控理论的主要工具包括自动机和Petri网。与自动机相比,Petri网在系统状态表示方面具有图形化和分布式的优点以及在计算效率上更有优势,因此本文以Petri网为模型研究变迁不可控情况下的混合约束离散事件系统控制器设计离散事件系统的监控理论,具体来说,就是监控系统行为并使其不进入特定的不良状态、达到希望的性能要求。这种性能要求就是控制规范,这些控制规范一般可以通过线性矢量约束来描述。当系统中所有事件均为可控可观时,根据线性矢量约束能够直接设计出合法的控制器;而当系统中存在不可控事件时,约束条件可能为非法约束,从而无法直接设计合法控制器。因此,本文考虑到受控Petri网中存在不可控变迁的情况,提出相应的解决方案。通过线性不等式的等价转换原则将混合约束中非法约束转化为允许约束,再综合出新的允许约束,然后设计控制器。基于库所不变量的Petri网设计方法的基础是Petri网关联矩阵,在大规模的离散事件系统中,状态矩阵的维数极大,运算复杂。本文结合Petri网简化技术,给出Petri网局部关联矩阵的概念,局部关联矩阵仅仅包括与约束条件和不可控变迁相关联的库所和变迁。在控制器设计的过程中,仅使用局部关联矩阵参与运算,矩阵维数和列数均小于或等于Petri网关联矩阵,且不会随着系统规模增加而变大,控制器设计的复杂度大大降低。对于本文中所改进的控制器设计方法,不仅给出了详尽的算法步骤,而且给出了严格的理论证明,还通过多个实例验证和说明了这些方法对离散事件系统的Petri网控制器设计是有效和可行的。
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