自主式追踪机器人终端行为的Petri网建模*

针对含有资源流动和信息交互的终端行为建模问题,提出了一种混合Petri网行为建模方法。首先,引入活性变迁和惰性变迁两种变迁模式,描述终端行为的耦合、制约、异步关系。其次,建立混合Petri网模型,揭示化学羽流追踪终端各行为之间的交互关系,以Robotics模块为验证与分析工具,仿真机器人终端运动过程,同时获得6个关节角度变化的平稳曲线。最后,在六自由度串联机器人平台加以验证。实验结果表明,该混合Petri网模型客观真实地表达对象内部逻辑关系与交互作用机制,对自主式羽流追踪机器人终端行为建模是有效可行的。     

基于扩展混成Petri网的CPS无人车系统建模与分析

信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)是一个集计算系统、通信系统、感知系统、控制系统和物理系统于一体的复杂系统,其行为是一种由离散计算过程与连续物理过程深度融合并紧密交互的混成行为。针对这种特性,采用混成Petri网对CPS建模,并在此基础上添加时间约束,即对离散变迁关联一个延迟时间,对连续变迁关联一个激发速率函数,同时引入抑止弧和测试弧的概念以提高Petri网的表达能力,由此提出一种新的模型——扩展混成Petri网模型。然后,对CPS应用中无人驾驶车辆系统的躲避障碍物场景进行建模,将建立的模型按照一定的规则转化为与之对应的Simulink模型,并通过Matlab仿真对系统行为及属性进行分析。     

一种面向对象Petri网模型的语义和行为分析

面向对象Petri网根据面向对象思想的特点,对基本Petri网进行了扩展,引入了门、位置类型函数、多态迁移、聚集迁移以及禁止弧等概念.本文介绍了一种面向对象Petri网模型（Object-Oriented Petri Net,OOPN）,给出了OOPN的基本定义和图形表示,并对OOPN进行了语义与行为分析.OOPN能够成为面向对象系统的一种形式化的建模工具.     

面向Agent的Petri网及其应用

为了更好地刻画单个Asent的行为和多Asent间复杂、并行的动态交互,将面向Agent的设计思想与Petri网建模方法相结合,形成了一种面向Agent的Petri网(AOPN)模型.首先给出了面向Agent的Petri网的形式化定义,然后利用Petri网的建模工具,以网上购物背景下买卖双方简单交互为例,对基于面向Agent的Petri网模型的系统建模方法进行了研究和分析,有效地解决了系统结构复杂性的问题.     

基于精炼操作的Petri网建模及其分析方法

针对复杂系统的Petri网建模及其分析问题,定义了Petri网的精炼操作及其相关的Petri网模型.基于序列投影,建立精炼Petri网与原网、子网间的动态行为关联关系,并分析了该精炼操作的相关动态性质,得到一组性质保持判据.最后,基于该方法实现了一个顺序资源共享系统的应用案例的建模及其分析.所提出的方法不仅为复杂系统的Petri建模提供了新的思路,而且有助于复杂Petri网模型的分析和验证.     

基于Petri网的Stateflow建模方法的研究与应用

以输送机器人生产线控制系统设计为例,提出将基于Petri网的Stateflow建模仿真方法应用于PLC控制软件的开发过程中。首先利用Petri网对系统控制功能进行分析,结果表明系统在运行时序上存在并行冲突,采用Petri网的数学建模功能协调冲突后,通过可达图验证了此Petri网模型是安全无死锁的;其次在上述基础上将Petri网与Stateflow组成元素相对应并进行转换;最后利用Simulink构建模型进行系统仿真分析,证明输送机器人生产线控制逻辑正确,状态转移有效。     

基于多Agent的应急协同Petri网建模及协同检测

针对应急事件处置过程中的多组织协同问题,提出多Agent应急协同的Petri网模型定义,研究Agent内部Petri网基本结构及多Agent的协同交互Petri网建模,并给出了应急协同Petri网模型的协同检测算法。最后以某单位氯气泄漏应急事件处置过程为例,建立了应急协同Petri网模型,并进行协同检测及分析,验证方法有效性和实用性。     

基于带抑制弧的Petri网表示的嵌入式系统模型的子网化简

基于Petri网表示的嵌入式系统PRES+(Petri net based Representation for Embedded Systems)模型可以描述实时嵌入式系统。为了提高PRES+的建模能力,将抑制弧加入PRES+模型中,得到基于带抑制弧的Petri网表示的嵌入式系统PIRES+(Petri net with Inhibitor arcs based Representation for Embedded Systems)模型。PIRES+模型提高了建模和验证复杂嵌入式系统的能力,但是在建模和验证过程中存在状态空间爆炸问题。为了缓解这一问题,提出两种PIRES+模型的子网的化简规则,使得简化后的模型与原模型具有相同的可达性、实时性和功能性。     

基于Petri网的煤矿斜巷监控系统研究

针对煤矿斜巷运输安全的实际,提出了一种基于PLC的集散控制系统,并利用Petri网对其进行建模。在建模过程中一方面采用了分层建模的技术,降低了模型的复杂性,并提高了系统的可靠性;另一方面,合理地采用了不同的控制方式,在充分保障系统安全性的前提下,尽可能地提高系统的实时性。此外,通过对Petri网模型的逐级分解、验证和优化,最终得到一个具备良构特性的Petri网模型。     

面向云计算资源管理的交互仿真平台构建

针对云计算资源管理建模分析的要求,提出了一种应用着色Petri网和Cloudsim的交互仿真平台架构.通过着色Petri网层次化替代变迁构建交互仿真框架,基于CPN Tools的接口规范定义与Java Socket完成接口设计和建立交互控制进程,实现了云计算资源管理CPN逻辑事件模型与Cloudsim物理模型的交互仿真.最后,通过一个简化的云资源管理实例建模仿真和逻辑结构检验,验证了交互仿真平台架构的可行性和实用性.     

Reduction rules for reset/inhibitor nets

Reset/inhibitor nets are Petri nets extended with reset arcs and inhibitor arcs. These extensions can be used to model cancellation and blocking. A reset arc allows a transition to remove all tokens from a certain place when the transition fires. An inhibitor arc can stop a transition from being enabled if the place contains one or more tokens. While reset/inhibitor nets increase the expressive power of Petri nets, they also result in increased complexity of analysis techniques. One way of speeding up Petri net analysis is to apply reduction rules. Unfortunately, many of the rules defined for classical Petri nets do not hold in the presence of reset and/or inhibitor arcs. Moreover, new rules can be added. This is the first paper systematically presenting a comprehensive set of reduction rules for reset/inhibitor nets. These rules are liveness and boundedness preserving and are able to dramatically reduce models and their state spaces. It can be observed that most of the modeling languages used in practice have features related to cancellation and blocking. Therefore, this work is highly relevant for all kinds of application areas where analysis is currently intractable.     

带抑制弧Petri网的保性变换

Petri 网的保性化简是Petri网分析的一种重要途径。带抑制弧的增广Petri网在计算能力上与图灵机等价。针对带抑制的增广Petri网中串联变迁和串联库所两类情况进行了较深入的分析,在给出了相关化简方法的基础上,证明了通过这些化简规则所得到的网系统与原网在活性、有界性、弱公平性等动态性质上仍保持一致。     

Generalized stochastic Petri nets: a definition at the net leveland its implications

The class of Petri nets obtained by eliminating timing from generalized stochastic Petri net (GSPN) models while preserving the qualitative behavior is identified. Structural results for those nets are derived, obtaining the first structural analysis of Petri nets with priority and inhibitor arcs. A revision of the GSPN definition based on the structural properties of the models is presented. It is shown that for a (wide) class of nets, the definition of firing probabilities of conflicting immediate transitions does not require the information on reachable markings. Identification of the class of models for which the net-level specification is possible is also based on the structural analysis results. The procedure for the model specification is illustrated by means of an example. It is also shown that a net-level specification of the model associated with efficient structural analysis techniques can have a substantial impact on model analysis     

基于逻辑电路的Petri网化简方法

已有的Petri网化简方法需将网的局部结构与化简规则作逐一的比对,步骤较为繁琐,并且所提供的方法不适合于带抑止弧的网.采用一种与传统方法不同的化简思路,首先将网划分为若干个最大无圈子网,将每个最大无圈子网表达为若干个逻辑式.用逻辑代数来完成逻辑式的化简,最后将其结果还原为Petri网回嵌到原网中,完成整个网的化简.给出了寻找最大无圈子网、最大无圈子网的化简算法以及相关的证明.该方法将化简范围扩展到了带抑止弧的无回路的网或网的局部.     

基于CPN Tools的抑制弧改进方法研究

在Petri网模型中,抑制弧用于表示除输入库所条件外,仅当指定库所为空时变迁才可以触发的情况,可以应用于各类Petri网中。在广泛使用的Petri网模型工具CPN Tools中没有直接提供抑制弧,仅给出了两种等价处理方法。通过对抑制弧的问题进行分析,提出在CPN Tools使用List解决抑制弧问题的改进方法。此方法具有良好的通用性和易用性,并且仅通过修改DropOneInList函数的内容就可以实现随机、栈方式、队列方式、优先级等各种令牌提取方法。     

Robot task plan representation by Petri nets: modelling, identification, analysis and execution

In this paper we introduce a framework to represent robot task plans based on Petri nets. Our approach enables modelling a robot task, analysing its qualitative and quantitative properties and using the Petri net representation for actual plan execution. The overall model is obtained from the composition of simple models, leading to a modular approach. Analysis is applied to a closed loop between the robot controller and the environment Petri net models. We focus here on the quantitative properties, captured by stochastic Petri net models. Furthermore, we introduce a method to identify the environment and action layer parameters of the stochastic Petri net models from real data, improving the significance of the model. The framework building blocks and a single-robot task model are detailed. Results of a case study with simulated soccer robots show the ability of the framework to provide a systematic modelling tool, and of determining, through well-known analysis methods for stochastic Petri nets, relevant properties of the task plan applied to a particular environment.     

Petri网模型代码映射研究

为了简化仿真系统的实现过程,分析总结了Petri网到程序代码的映射准则,从Petri网的基本元素和关系入手,根据逻辑关系建立映射的三类原子语句,并通过两种合成方式形成分子语句。以原型Petri网为例,遍历可达标识图的各种分支路径,提出循环路径到循环结构语句的代码映射方法。最后给出了带抑制弧的扩展Petri网和受控Petri网的代码映射方案,为Petri网向程序代码的转换提供了理论依据。     

基于Petri网的列控系统形式化分析方法

利用原型Petri网对列车控制系统建模难于实现,用带抑止弧的增广Petri网则可以较好地描述问题。将带抑止弧的增广Petri网作为计算模型,对列车控制系统的一些关键问题进行了建模并给出了两个控制子系统：车站调度子系统与区间运行子系统。车站调度子系统实现了对列车请求进入和驶离车站的协调控制,区间运行子系统则实现了闭塞区间的车辆的安全性控制、突发事件时(如遭遇雷击,信号丢失的情况发生等)的安全性处理和公路铁路交叉口的调度等。最后,利用S-不变量对模型的活性、可达性和有界性等给予了形式化的验证。     

Relating SPO and DPO graph rewriting with Petri nets having read, inhibitor and reset arcs

It belongs to the folklore that graph grammars can be seen as a proper generalisation of Petri nets. In this paper we show how this intuitive relationship can be made formal. The double-pushout approach to graph rewriting turns out to be strictly related to Petri nets with read and inhibitor arcs, while the single-pushout approach has strong connections to Petri nets with read and reset arcs.