基於Petri網的自動製造系統分散式控制研究

《基於Petri網的自動製造系統分散式控制研究》是依託西安電子科技大學，由侯一凡擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於Petri網的自動製造系統分散式控制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：侯一凡
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

本項目致力於研究自動製造系統Petri網模型體系下分散式監督控制實現問題。為了實現複雜自動製造系統的控制需求，獲得性能可靠與最佳化的監督控制系統，分散式控制技術在形式語言與自動機模型體系下得到廣泛研究。Petri網作為自動製造系統建模、分析和控制的重要數學工具，與自動機相比具有結構緊湊、表達直觀等優點。因此，將Petri網的建模與分析優勢和分散式控制技術緊密融合，能夠更有效地解決自動製造系統的監督控制問題。本項目針對自動製造系統Petri網模型，研究基於分散式控制的監督控制器設計方法。首先，針對典型Petri網模型，採用結構分析技術，研究系統模型的分解技術，然後基於獲得的局部子網研究局部監督控制器與協調器設計問題；隨後，研究系統Petri網模型存在不可控、不可觀變遷等因素下的分散式活性監督控制器設計問題；最後，研究整體最佳化的Petri網分散式活性監控器綜合問題。

結題摘要

Petri網作為自動製造系統建模、分析和控制的重要數學工具，與自動機相比具有結構緊湊、表達直觀等優點。將Petri網建模與分析優勢和分散式控制技術緊密融合，能夠更有效地解決自動製造系統的監督控制問題。項目致力於研究自動製造系統Petri網模型的分散式控制問題。考慮Petri網監控器的非阻塞性、活性及許可行為最優性，尋求Petri網框架下分散式控制的技術實現和Petri網監控器性能的最最佳化實現。經過三年研究，在幾個方面取得較好成果，發表SCI國際期刊論文9篇，EI收錄國際會議論文1篇。主要成果包括：(1) 一般Petri網系統模型局部子網分解技術及控制器設計研究：針對一般Petri網，提出分治策略(Divide-and-Conquer)。結合Petri網模型的結構特性，提出模型分解方法，將全局受控網系統分解為相聯繫的若干局部子網，不同的子網間含有共用變遷；利用可達圖技術設計局部控制器，並實現全局監控器綜合。提升控制器計算效率，提高監控器動態性能。(2) 基於結構分析的一般Petri網的活性監控器設計方法：(2.a)合理配置資源需求，提出多項式複雜度的死鎖預防策略。基於不同的資源分配順序，得到一組線性不等式活性約束條件，通過對系統添加控制器實現約束條件。(2.b)針對一般Petri網模型，結合資源偏序和基本信標理論，提出一種基於最優資源順序的次優控制器綜合策略。從結構複雜度和行為許可性方面出發，最佳化一般網系統的信標可控性條件。(3) 融合可達圖分析和結構分析的一般Petri網的全局監控器設計：(3.a)可達圖分析技術是實現最大許可活性監控器的最佳選擇，為減少可達圖計算複雜性，針對受控網模型添加全局閒置庫所，並逐步增加全局閒置庫所中的初始標識，疊代設計受控子網的設計活性局部控制器，並完成全局活性網監控器綜合。(3.b)針對一般Petri網-G-system，提出一種疊代的死鎖控制策略。通過對網模型添加全局閒置庫所，避免求解複雜的規劃問題，最佳化基於可達圖技術的活性監督控制器設計。(4) 普通網可達狀態數上界的研究：利用組合數學的方法，研究S3PR的可達狀態數上確界的求取方法，結合Petri網信標信息排除實際不可達標識，最終獲得可達狀態數的上界。