自動製造系統中監督控制器的結構最佳化策略研究

《自動製造系統中監督控制器的結構最佳化策略研究》是依託西安電子科技大學，由胡核算擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：自動製造系統中監督控制器的結構最佳化策略研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡核算
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

自動製造系統一旦進入死鎖，將永遠停滯在該狀態，運行效率相應地降低為零。因而死鎖預防的重要性不言而喻，無論是在理論界還是在工業界，都受到廣泛的關注。最新的研究普遍採用將各種感測器和控制器引入各個關鍵節點，從而對各個並發進程所共享的資源實現有效的控制和管理，即監督控制技術。傳統的方法不能夠有效地減少控制器的複雜程度，需要引入過多的觀測和控制操作，並進而導致存儲空間、輸入輸出接口、通信流量及系統回響時間的劇增。我們的研究在傳統控制技術的基礎上，將一個控制策略轉化為一組不等式，每個不等式對應於 Petri 網模型中的一種稱為信標的特殊結構。在最壞的情況下，信標的個數是相對於系統規模呈指數增長的，因此不等式的個數也就是指數式的。我們的方法是將這些不等式區分為獨立和從屬不等式，然後去除其中的從屬不等式。這個方法可以極大地降低監督控制器的規模，從而簡化控制器結構，減少節點間的通信流量，降低回響時間。

結題摘要

自動製造系統中監督控制器結構最佳化問題一直是工程實踐中一個重要的關注點。套用代數的分析方法研究系統的監督控制器簡化問題，可以極大地降低算法複雜度，提高計算效率，並使得該簡化方法具有廣泛的適用性與套用的普遍性。該項目系統地研究了基於上述理念的自動製造系統的監督控制器結構最佳化策略，累計發表期刊論文25篇，其中在IEEE會刊發表論文15篇，在其他SCI檢索的國際知名期刊發表論文2篇，在ICRA、CDC、ACC、CASE等世界頂級或者旗艦級國際會議發表論文20篇，其中2篇獲得IEEE旗艦國際會議最佳論文提名獎。獲得2016年陝西省科學技術獎二等獎、2017年陝西省高等學校科學技術獎二等獎。主要成果如下：第一，提出了Petri網的獨立不等式理論，給出了基於代數方法的判定獨立不等式的充分必要條件。該成果使得監督控制器的結構最佳化問題可以通過線性規劃的方法求得，從而極大地降低了算法的複雜度。第二，在獨立不等式理論基礎上，提出了Petri網的活性不等式理論。該理論考慮了可達圖信息，給出了基於代數方法的判斷活性不等式的充分條件。該成果可以進一步最佳化監督控制器的結構，從而得到更加精簡的監督控制器。第三，提出了一種針對可分解的自動製造系統的分散式監督控制方法，該方法通過恰當地引入緩衝器，將整個Petri網橫向分解為若干子網，對應若干子系統。通過對子系統施加控制，達到簡化控制器設計的目的。第四，提出了一種針對一般自動製造系統的分散式監督控制方法，該方法通過各個進程共享的資源，將整個Petri網分割成若干子網。根據當前資源的分布情況，判斷其中一個子網中的進程是否能夠前進一步。該方法是一種實時的線上的控制策略，具有多項式的算法複雜度。第五，提出了自動製造系統的穩健性監督控制策略。該方法考慮資源存在故障的情況，通過實時地判斷剩餘路徑中資源的數量和狀態，決定相應的工件能否從當前位置前進到目標位置。該策略是一種線上的、實時的、自適應的控制策略。它允許系統相關參數的變化，因而更加具有靈活性，控制策略既可以避開死鎖也可以保證系統免於阻塞。