具有不可控变迁的离散事件系统Petri网控制器的研究

针对基于Petri网建模的离散事件系统的Petri网控制器的设计问题,分析了系统中存在不可控变迁时的情况,并基于局部设计和Petri网简化技术,提出了一种新的控制器设计方法。该方法首先将约束条件分为允许约束和非法约束,并通过矩阵转换方法将非法约束转换为允许约束,然后通过约束矩阵设计出相应的控制器。该方法由于只考虑与约束库所、约束变迁及不可控变迁相关联的局部关联矩阵,降低了矩阵的维数,简化了控制器的设计,避免了死锁。最后,基于两个实例验证了该方法的高效性。     

S3PMR网的一种死锁预防优化策略

针对Petri网的S3PMR中的死锁预防问题,提出一种优化的控制器设计方法.当控制器的优化性不能保证时,要对所添加的控制器进行结构分析,提出了一个输出弧位置最优化的死锁预防控制算法.将S3PMR中的严格极小信标分为基本信标和从属信标,对每一个基本信标添加一个控制库所,使其P-不变式可控,且不会产生新的可被清空信标,对从属信标的控制则通过调整基本信标的控制深度变量来实现.从而用少量的控制库所得到结构更简单、许可行为更多的活性Petri网控制器.     

复杂系统故障传播与故障分析模型研究

针对复杂系统故障传播与故障分析的复杂性与不确定性,建立了一种复杂系统故障传播与故障分析模型,即模糊概率Petri网系统。该模型引入故障模式关联概率与置信度约束,用模糊概率Petri网完备地描述了子系统故障模式关联关系,并按照子系统之间的连接关系用消息库所和门变迁连接各模糊概率Petri网,最终形成整个复杂系统的模糊概率Petri网系统模型。模糊概率Petri网系统采用对象内置于Petri网和Petri网内置于对象相结合的方式,简化了模型的表达形式,具有良好的封装性、可重用性和可维护性。最后,以一个应用实例说明了模型的适用性。     

时间约束工作流模型的简化分析与可调度性验证

为解决复杂工作流的时间建模与可调度性验证问题,提出了将简化规则应用到Petri网工作流模型中的方法.首先,给出了时问约束Petri网的相关定义和基于此的工作流建模方法,实现了工作流模型及其时间信息建模.然后,为了对工作流网的可调度性进行验证和分析,给出了时间约束Petri网时间可调度的概念,并根据时间约束等价变换原则,提出了基于时间约束Petri网的四种基本工作流组件模型的简化规则和压缩推理方法.该方法可以对复杂的工作流模型进行简化,计算模型节点的时间参数,从而完成含有时间信息工作流结构或流程的时间建模和可调度性分析.最后,以保险索赔为例验证了所提方法的可行性.     

基于Petri网的复杂制造系统故障树分析

针对动态复杂制造系统故障诊断问题,提出了一种融合Petri网与故障树的系统故障建模方法.基于对偶和再吸收原则来简化Petri网模型,应用库所矩阵法对处理后的简单模型求其最小割集;基于Petri网优化建模的结果,运用OpenFTA故障树分析软件对其进行定量分析,求得各最小割集概率重要度,顶事件发生概率以及各底事件概率重要度.该模型在不锈钢方坯连铸机结晶器故障应用结果表明,与通常的故障树求解方法相比,对于复杂的故障树,用该集成模型可有效地进行故障树的定性、定量分析,节省计算时间成本,提高分析效率,并提高了故障诊断的正确性.     

基于柔性制造系统的Petri网模型简化规则

为解决Petri网模型中的状态爆炸问题，提出了一种将简化规则应用到Petri网模型中的方法。该方法通过库所和变迁的合并与消除，来达到简化模型的目的。以柔性制造系统的加工站为例，建立加工站的Petri网模型，将简化规则应用到改进的加工站模型中。为了说明简化网保持了原网的外部功能，利用基于时序Petri网的时态逻辑规则进行了证明。结果显示，简化网在保持功能性的基础上，提高了验证和分析的效率。     

柔性制造系统一种次优化的死锁控制设计

为解决柔性制造系统中的死锁问题,以受控系统的许可行为作为指标,根据Petri网基本信标理论,提出了一种次优化的活性控制器设计方法.根据基本信标和从属信标的可控性关系,通过调整控制库所的初始标志,获得了具有较多许可行为的活性Petri网控制器.与文献中其他方法相比,所提的控制策略具有更好的许可性.     

[BIM模型与智能设计]基于时间Petri网的断路器虚拟装配系统研究

提出了一种基于时间Petri网模型的断路器自动化虚拟装配系统,采用时间约束的嵌套式Petri网模型对装配系统行为逻辑进行描述。将建立的Petri网模型中的库所、变迁与Unity 3D软件的虚拟场景中的实体对象相对应,采用时序驱动的方法在Unity 3D中对断路器自动化装配实体进行了虚拟重现。开发了基于C#函数库的虚拟装配系统数据交换引擎,可通过Wi-Fi、工业串口与外部实体实现数据交换。采用包围盒法对虚拟装配单元和零部件进行碰撞检测设计,进而实现了断路器自动化装配系统的虚拟现实仿真,并验证了该系统的可行性和有效性。     

基于时间Petri网的断路器虚拟装配系统研究

提出了一种基于时间Petri网模型的断路器自动化虚拟装配系统,采用时间约束的嵌套式Petri网模型对装配系统行为逻辑进行描述。将建立的Petri网模型中的库所、变迁与Unity 3D软件的虚拟场景中的实体对象相对应,采用时序驱动的方法在Unity 3D中对断路器自动化装配实体进行了虚拟重现。开发了基于C#函数库的虚拟装配系统数据交换引擎,可通过Wi-Fi、工业串口与外部实体实现数据交换。采用包围盒法对虚拟装配单元和零部件进行碰撞检测设计,进而实现了断路器自动化装配系统的虚拟现实仿真,并验证了该系统的可行性和有效性。     

基于改进免疫遗传算法的船台吊装网络优化

为了优化起重设备和场地等资源约束下的船舶吊装过程,针对船舶吊装过程,利用时间库所Petri网建立模型,将改进免疫遗传算法应用到所建时间库所Petri网的变迁触发顺序搜索中,提出了一种适合这类问题的交叉变异算子和亲和度计算方法,提高了运算的收敛速度,避免了启发式搜索算法和传统遗传算法由于局部收敛导致的不足。最后,给出了一个实例,通过对具体的某型号散货船吊装过程进行优化,进一步说明了这种方法对于解决船台吊装网络优化问题的有效性。     

Synthesis of feedback control elements for discrete event systems using Petri net models and theory of regions

This paper describes a method for constructing a Petri-net-based controller for a discrete event system (DES) modelled by a Petri net. Assuming that an uncontrolled Petri net model of the DES and a set of forbidden state specifications are given, feedback control elements, i.e. a set of places and related transitions, with initial marking, are computed using the theory of regions, which is a formal synthesis technique for deriving Petri nets from automaton-based models. When feedback control elements are added to the uncontrolled Petri net model, the controlled (closed-loop) Petri net model of the system is obtained. The controlled Petri net model obtained is maximally permissive while guaranteeing that forbidden states do not occur. The proposed method is computationally efficient and does not suffer from the state explosion problem. Two examples are provided to show the applicability of the proposed method.     

On suboptimal supervisory control of Petri nets in the presence of uncontrollable transitions via monitor places

Recently, a study has been presented for suboptimal supervisory control of Petri nets via monitor (control) places in the presence of uncontrollable transitions. To enforce a generalized mutual exclusion constraint (GMEC) suboptimally on a plant Petri net with uncontrollable transitions, a set of monitor places has been provided to choose from. There are two main results of this study, the first of which is that “there is not an optimal solution to the problem of computing a monitor-based controller to enforce a GMEC on a plant net in the presence of uncontrollable transitions”. The second result deals with the computation of monitor places for the suboptimal supervisory control in such Petri nets. In this paper, it is shown that there may be an optimal solution to the problem of computing a monitor-based controller to enforce a GMEC on a plant net in the presence of uncontrollable transitions. To do this, an example Petri net is considered and then two different optimal (maximally permissive) solutions are provided for this Petri net.     

基于Petri网的FMS教学系统控制器设计

以文献［１］提出的实时控制Ｐｅｔｒｉ网（ＲＣＰＷ：Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌＰｅｔｒｉＮｅｔ）为础，为柔性制造教学系统设计了一个实时协调控制器，并给出了控制器的硬件结构以及软件设计过程。为验证ＦＭＳＰｅｔｒｉ网控制器软件自动设计方法打下了基础     

Safety analysis of discrete event systems using a simplified Petri net controller

This paper deals with the problem of forbidden states in discrete event systems based on Petri net models. So, a method is presented to prevent the system from entering these states by constructing a small number of generalized mutual exclusion constraints. This goal is achieved by solving three types of Integer Linear Programming problems. The problems are designed to verify the constraints that some of them are related to verifying authorized states and the others are related to avoiding forbidden states. The obtained constraints can be enforced on the system using a small number of control places. Moreover, the number of arcs related to these places is small, and the controller after connecting them is maximally permissive.     

基于PetriNets和混合遗传算法的双资源JSP动态优化调度

以带有控制器的Petri网为建模工具对柔性生产调度中的离散事件建模,利用遗传算法和模拟退火算法获得调度结果,并通过Petri网进行控制.用于解决作业车间的加工受到机床、操作工人等生产资源制约条件下的优化调度.以生产周期为目标进行的优化调度,将遗传算法和模拟退火相结合.通过多种交叉、变异、概率更新选择、再分配策略等遗传和模拟操作,得到目标的最优或次优解.对算法进行了仿真研究,仿真结果表明该算法是有效性.     

时间约束层次细化工作流建模及验证研究

为降低工作流建模和验证的复杂度,提出了一种自顶向下逐步细化的建模与验证方法。首先,引入了层次细化工作流网,实现复杂工作流建模,将满足可靠性的子网,替换顶层结构中输入库所安全的子网变迁,使细化后的工作流模型自动地满足可靠性要求。为验证可调度性,提出了时间约束层次细化工作流网,给出子网与子网变迁之间的时间约束等价变换原则,可保持细化前后工作流网可调度性不变的充分条件。依此条件,分别给出了串行、并行、选择、循环4种基本组件的压缩推理规则,并在线性复杂度内解决了层次细化工作流网时间验证问题。     

基于OPN的FMS单元控制器设计

分析了在递阶控制体系下FMS单元控制器的功能与结构。基于面向对象的思想,从设备层到工作站层再到单元层逐步扩展,建立了FMS的面向对象Petri网(OPN)动态模型,在此模型基础上,增加与系统调度和实际设备监控相关联的设备状态库所、控制库所和决策库所,使其扩展成为运控OPN。以运控OPN为核心并结合其他功能模块给出调度与控制集成的单元控制器软件结构,按照这种结构开发FMS单元控制器,并应用于北京交通大学教学型FMS。     

基于含不可观变迁Petri网的码垛机器人零件加工系统故障检测方法

研究了基于含不可观变迁Petri网的码垛机器人零件加工系统故障检测问题。结合机器系统运行过程中的故障特征,对Petri网在机器系统故障诊断中的应用进行了研究,提出了包含不可观变迁Petri网的基本可达树和诊断分析函数的概念及基本可达树故障检测算法。以码垛机器人零件加工系统为例,建立了Petri网系统模型,应用基本可达树故障检测算法进行检测,故障检测结果符合码垛机器人零件加工系统实际运行情况,验证了该方法的有效性。