基于Petri網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)控制器設(shè)計.pdf

1、在柔性制造系統(tǒng)中,通常利用有限的資源來并行加工處理不同類型的工件。不同類型的工件通過競爭使用有限的資源,對資源的不合理分配會引起死鎖,即兩個或多個工件無限互相等待其他的工件釋放資源。死鎖意味著系統(tǒng)局部或全局的停頓,會大大降低系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。為了使系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn),必須解決死鎖問題。Petri網(wǎng)作為一種數(shù)學(xué)工具,可以對柔性制造系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析與控制。在Petri網(wǎng)中,信標(biāo)作為特殊的結(jié)構(gòu)與死鎖緊密相連,通過控制信標(biāo)就可以消除死鎖。在普通網(wǎng)中。

2、可被清空的嚴(yán)格極小信標(biāo)會阻止與其關(guān)聯(lián)的變遷的發(fā)射,只要保證信標(biāo)不被清空就可以控制信標(biāo),而基于不變式的特性就可以保證信標(biāo)不被清空。在一般網(wǎng)中的情況遠(yuǎn)比普通網(wǎng)中復(fù)雜,存在嚴(yán)格極小信標(biāo)并不意味著死鎖的產(chǎn)生,一個被標(biāo)記的信標(biāo)也不意味著其不會引起死鎖?；谧畲笫芸匦艠?biāo)的概念可以為一個未允分標(biāo)記的信標(biāo)設(shè)計控制庫所,然而還有一些信標(biāo)根據(jù)最大受控的概念無法得到合適的控制庫所。如何設(shè)計控制庫所直接影響著整個活性Petri網(wǎng)控制器許可行為的多少,而許可行為

3、的多少是衡量一個活性Petri網(wǎng)控制器好壞的一個重要指標(biāo)。一個活性Petri網(wǎng)控制器的許可行為越多,它對系統(tǒng)的限制越少。如何對一般網(wǎng)中的信標(biāo)進(jìn)行控制,如何減小添加的控制器對原系統(tǒng)行為的限制是來解決的主要問題。本文基于Petri網(wǎng)為柔性制造系統(tǒng)設(shè)計控制器,通過對柔性制造系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型分析就可以得到系統(tǒng)的控制器。本文主要的研究成果如下:
　　 1.Petri網(wǎng)中信標(biāo)與死鎖密切相關(guān),然而一般在一個網(wǎng)系統(tǒng)中信標(biāo)的數(shù)目隨著網(wǎng)系統(tǒng)的

4、規(guī)模成指數(shù)增長,計算所有的信標(biāo)比較困難?；诨旌险麛?shù)規(guī)劃方法(MIP),提出一種針對S4R網(wǎng)的迭代死鎖預(yù)防策略。每次迭代通過求解MIP問題得到一個非最大標(biāo)記的信標(biāo),并通過添加控制庫所構(gòu)成P-不變式使得該信標(biāo)為最大受控的。依次迭代,直到系統(tǒng)沒有非最大標(biāo)記的信標(biāo),系統(tǒng)所有的信標(biāo)均為最大受控的,進(jìn)而得到活性Petri網(wǎng)控制器。通過MIP求解信標(biāo),避免了計算所有的嚴(yán)格極小信標(biāo)。迭代策略不能保證得到的控制器不存在冗余控制庫所,最后設(shè)計剔除冗余控制

5、庫所的算法,可以得到結(jié)構(gòu)更簡單的活性Petri網(wǎng)控制器。
　　 2.通過研究分析,給出了更形式化的max'-controlled信標(biāo)的概念。根據(jù)信標(biāo)引起死鎖的原因,推導(dǎo)出信標(biāo)為self-max'-controlled的允分條件,一個self-max’-controlled信標(biāo)不會引起死鎖。證明了若一個WS3PR網(wǎng)中所有的嚴(yán)格極小信標(biāo)均為self-max'-controlled,則該網(wǎng)系統(tǒng)為自活的。自活的網(wǎng)系統(tǒng)不需要任何外界控制就

6、可以始終有序的運行,而不會產(chǎn)生死鎖,通過合理的配置資源數(shù)目及資源使用就可以得到自活的系統(tǒng)。
　　 3.通過結(jié)構(gòu)分析,提出了等價不變式和等價網(wǎng)系統(tǒng)的概念,兩個等價的網(wǎng)系統(tǒng)具有相同的發(fā)射序列?？梢詾橐粋€S3PR網(wǎng)找到等價的WS3PR網(wǎng)系統(tǒng),通過重新配置WS3PR網(wǎng)弧的權(quán)值使得其所有的嚴(yán)格極小信標(biāo)均為self-max'-controlled,從而得到自活的WS3PR網(wǎng),由自活的WS3PR網(wǎng)可以得到S3PR網(wǎng)的活性Petri控制器。同時

7、給出了一個S3PR網(wǎng)的等價WS3PR網(wǎng)可以通過重新配置弧的權(quán)值而自活的充分條件。該策略得到的控制器需要的控制庫所數(shù)目不多于資源庫所數(shù)目,具有較多的許可行為。
　　 4.一個信標(biāo)的控制庫設(shè)計的好壞直接影響活性Petri網(wǎng)控制器許可行為的多少。基于最大受控信標(biāo)的概念設(shè)計的控制庫所通常對系統(tǒng)的限制較多,基于max’-controlled信標(biāo)的概念,從不同的角度考慮,提出了三種方法為信標(biāo)設(shè)計控制庫所,可以為具有良好初始標(biāo)識的S4R網(wǎng)的任

8、意嚴(yán)格極小信標(biāo)設(shè)計合適的控制庫所。在此基礎(chǔ)上給出了死鎖預(yù)防策略,并通過實例驗證所提出的方法。
　　 5.并非所有的網(wǎng)系統(tǒng)都存在具有最大許可行為的活性Petri網(wǎng)控制器。通過分析網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和狀態(tài),給出了一類Petri網(wǎng)-WS3PR網(wǎng)不存在基于P-不變式的具有最大許可行為的活性Petri網(wǎng)控制器的允分條件。若一個WS3PR網(wǎng)存在不能最優(yōu)受控的信標(biāo),則整個網(wǎng)系統(tǒng)不存在基于P-不變式的具有最大許可行為的活性Petri網(wǎng)控制器。若一個網(wǎng)