自動製造系統的Petri網控制器設計及最佳化

《自動製造系統的Petri網控制器設計及最佳化》是依託西安電子科技大學，由胡核算擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：自動製造系統的Petri網控制器設計及最佳化
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡核算
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

為確保自動製造系統的正常和有效運行，需要一定的控制機制將資源合理地分配給各個過程。這種分配機制應該使得系統在無死鎖的前提下保證一定的性能。Petri網由於具有簡約和規範的表述形式，在製造系統中的建模、分析和控制中得到了很大套用和發展。充分地利用Petri網的結構化控制特性可以極大地降低控制器的計算時間，簡化控制器的實現結構,確保受控系統性能。本項目的主要研究內容有：(1) 研究自動製造系統中的死鎖控制與比例控制問題及其解決機制。設計出兼容的死鎖控制器和比例控制器，並確保受控系統的運行效率；(2) 研究兼顧控制器實現代價和受控系統性能的活性監督控制器設計策略。建立實現代價最小和受控系統性能最優的控制器設計的一般方法；(3) 針對考慮時間信息的自動製造系統，研究出避免遍歷系統可達圖的監督控制器設計方法。該方法應具有低的算法複雜度，所實現的受控系統應該具有最多的可達狀態。

結題摘要

自動製造系統的研究對經典控制理論提出諸多挑戰。套用層次化和分散式結構，解析大規模複雜系統，可以極大地降低系統複雜度，並使得系統具有適應性、魯棒性和可重構性。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理論和方法，累積發表論文30餘篇，其中在IEEE會刊發表論文9篇，在其他SCI檢索的國際知名期刊發表論文2篇，在ICRA、CASE等世界頂級或者旗艦級國際會議發表論文19篇。其中1篇論文獲得了IEEE旗艦國際會議最佳自動化論文提名獎，項目負責人入選教育部新世紀優秀人才支持計畫、獲得陝西省科學技術獎貳等獎。主要成果如下： 第一，提出了基本信標不唯一的思想，給出了最優基本信標的概念。該研究成果將原本被普遍認為具有指數式複雜度的組合最佳化問題轉化為可以找到多項式算法的線性規劃問題，從而實現了最優基本信標的高效計算。 第二，證明了套用不變式的比例控制不會引入新的信標，即它們自身不會導致系統的死鎖。這就意味著可以獨立設計與實現這兩種不同的監督控制器。提出了一組線性不等式，可以疊代計算Petri網中的信標，從而實現了高效的控制器設計算法。 第三，提出了兼顧控制器實現代價和受控系統性能的活性監督控制器設計策略。給出了實現代價最小的監督控制器的計算方法，從而節約了系統的控制成本，並將研究成果進一步地套用於時間Petri網，以便於綜合評價系統的控制代價和運行效率。 第四，提出了具有多項式時間複雜度的監督控制器設計策略。研究成果避免了現有研究中必須進行的危險狀態和事件的分離操作問題。在不計算系統可達圖的情況下，首次解決了對於考慮時間約束的Petri網控制器的實現問題。 第五，克服了現有方法或者僅關注於研究具有柔性路徑的系統，或者僅關注於研究具有裝配工序的自動製造系統的缺點，首次將柔性路徑和裝配工序結合起來。提出了一種遞階式的設計方法，可以有效綜合上述諸多結構特性，為研究更加複雜的系統奠定了基礎。