基于可达图分析的Petri网控制器优化设计

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目前,柔性制造系统(FMSs)广泛应用于生产制造业中。在一个柔性制造系统中,不同进程利用有限系统资源去完成各式各样的工作。在这种情况下,如果系统资源没有得到适当分配,可能会导致死锁发生。死锁的发生是由于一些进程持续等待系统资源被其它进程所释放。死锁不仅意味着系统阻塞和效率的降低,而且可能会造成灾难性后果。Petri网作为一种柔性制造系统建模、分析和控制的重要工具,被广泛使用。基于Petri网模型的死锁控制,通常是通过添加一组控制库所给系统添加必要约束的方式来实现。Petri网死锁控制的优势表现为,添加控制器可以通过线下静态方法获得。因此,基于Petri模型提出了多种死锁控制方法。基于Petri网的死锁控制方法可以分为两类:结构分析和可达图分析。前者通常对具有特殊结构的Petri网模型比较有效,比如信标和资源回路。但是,这种方法通常会产生合法状态丢失。后者一般能够得到最优或者接近最优的控制器,但是需要枚举出系统所有的可达状态。因此,后者在复杂系统中不得不面临状态爆炸的问题。本文主要提出了两种有效的死锁控制方法,能够在复杂系统中得到一组最优控制器。其主要研究内容如下:1,先前对于复杂系统的死锁控制,已提出了全局考虑局部治理的方法和带权值的全局考虑局部治理方法,这两种方法都是通过迭代控制死锁。另外,向量覆盖方法的提出,能够有效减少需要考虑的标识数量,包括首遇坏标识(FBM)和合法标识。通过解线性规划问题,最终可以得到一组最优控制器。本文提出了一种死锁控制方法,其综合了全局考虑局部治理法和向量覆盖法。一个全局闲置库所被暂时添加到Petri网模型中用来迭代控制系统死锁。在每次迭代时,再使用向量覆盖法设计一组控制器。因此可以保证,在每次迭代时所有合法状态都可达,同时所有首遇坏标识都被禁止。最终,该方法与先前的全局考虑局部治理法和带权值的全局考虑局部治理法相比可以得到更多可达状态。2,使用之前提出的方法,一些Petri网模型并没有实现最优控制。分析可知最主要原因是在迭代过程中,先前迭代过程中得到控制器禁止了一些系统还未出现的合法标识。针对这个行为许可性问题,我们改进了原有算法。对于每个FBM,我们修改了其FBM相关的合法状态集合。保证集合中每个状态作为合法状态时,每个库所都能拥有最大数量的托肯。因此,利用修改后FBM相关的合法状态集合,我们可以得到一组最优控制器,系统合法状态不再被禁止。最终,对于一般Petri网模型,该方法可以实现最优控制。
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