基于Petri网的制造系统鲁棒优化控制器设计

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Petri网作为一种高效的数学建模和分析工具,因其在模型构建、状态分析和死锁控制方面的诸多优势,被广泛应用于自动制造系统的理论与应用研究中。系统因资源分配不当而产生死锁状态,从而导致宕机。为使自动制造系统平稳安全运行,系统中的死锁问题必须得到妥善解决。为了处理自动制造系统的死锁问题,现有的研究已给出了很多基于结构分析或可达状态空间的分析方法与控制策略。在实际生产中,对于大规模的网模型,不可避免存在状态爆炸问题。为此,本文使用了偏序技术对模型的状态空间进行简化。主要研究成果如下:本文使用偏序技术,基于持久步图分析Petri网的状态空间,提出了一种设计活性监督控制器的死锁控制策略。首先,为简化状态空间使用偏序简化规则获得模型的持久步图。其持久步图中的状态数少于其可达图中的状态数。简化后的网模型的状态空间可被划分为两部分:死区和活区。为了保留活区中的全部合法标识,可通过库所不变式设计死锁控制器禁止死区中的标识并保留所有合法标识。最后,经过反复迭代后,得到了一种基于偏序技术的死锁控制策略。本方法可以计算合法状态空间是凸域的情况。对于部分网的可达状态空间是非凸域的情况,可使用自环的方法计算控制器。为获得计算效率更高的死锁控制策略以处理系统中可能发生的资源故障问题,本文提出了一种基于结构简化Petri网和持久步图的鲁棒死锁控制方法。对于一个带有不可靠资源的GS3PR(generalized system of simple sequential processes with resources)网,其持久步图的状态空间内的状态可以划分为鲁棒合法标识和禁止标识。通过添加控制器,所有鲁棒合法状态可达,其余状态禁止到达。因此,资源故障问题被转化为禁止状态问题,通过库所不变式设计具有鲁棒性的死锁控制器。无论资源是否故障,受控网都是活的。最后,举例对提出的控制方法进行验证。结果表明,文中提出的方法通过添加控制器,能够使受控网保持活性。同时多次迭代保留更多的活区状态。与此同时,该方法能够使含有不可靠资源的GS3PR网无论资源是否发生故障都保持活性。与经典方法作比较,本方法在计算复杂度方面具有优势。
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