petr網(wǎng)活性控制器設(shè)計與狀態(tài)數(shù)計算.pdf

1、 應(yīng)用Petri網(wǎng)建模與分析柔性制造系統(tǒng)，死鎖預(yù)防是一個不可回避的問題。行為許 可性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與計算復(fù)雜性是衡量一個活性控制器性能優(yōu)劣的三個通用標準。在 現(xiàn)行許多基于Petri網(wǎng)的死鎖預(yù)防技術(shù)中，結(jié)構(gòu)分析與可達性分析是兩種比較流行的技 術(shù)?；诮Y(jié)構(gòu)分析的死鎖預(yù)防技術(shù)是通過找出一組特殊結(jié)構(gòu)（通常是信標），然后在 此結(jié)構(gòu)上施加約束而達到阻止系統(tǒng)達到死鎖狀態(tài)的一種機制。信標是可以使網(wǎng)系統(tǒng)進 入死鎖狀態(tài)的一組特殊的網(wǎng)節(jié)點?；诳蛇_性分析的死

2、鎖預(yù)防技術(shù)是一種通?；诳?達圖的有效而準確的控制方法?？蛇_圖可以提供一個網(wǎng)系統(tǒng)的全局可達性信息。通過 可達圖可以準確找到一個使系統(tǒng)進入死鎖的狀態(tài)并對此狀態(tài)施加約束使得系統(tǒng)遠離死 鎖?；诮Y(jié)構(gòu)分析得到的活性控制器往往擁有結(jié)構(gòu)簡單、計算復(fù)雜度低的特點但大部 分都不是行為最大許可的。通過可達性分析可以得到行為許可較大甚至最大的活性控 制器。但是，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計算復(fù)雜度高仍然是制約其應(yīng)用的重要因素。
通過分析以上兩種技術(shù)，考慮到兩者

3、的優(yōu)勢，本文分別提出了基于信標的死鎖預(yù) 防策略和計算Petri網(wǎng)可達狀態(tài)數(shù)的方法。
首先，針對一類Petri網(wǎng)，提出一種基于信標的死鎖預(yù)防策略。其中，整數(shù)混合規(guī) 劃(MIP)技術(shù)被迭代地應(yīng)用于檢測網(wǎng)活性與獲取信標。這個策略包含兩個階段：信標控 制階段和擴展的信標控制階段。為了最大限度的獲得合法行為，在第一階段，控制庫 所被添加到信標的補集上面。但是，第一階段添加的控制庫所會與操作庫所、資源庫 所組成新的可被清空的信標。因此，

4、為了避免新的可被清空信標的出現(xiàn)，第二階段添 加的控制庫所的輸出弧指向了源變遷。此外，提出了一種移弧算法用于釋放更多的合 法行為。這個策略需要較少的計算量但可以得到一個控制結(jié)構(gòu)相對簡單、行為許可較 大甚至最大的活性控制器。
其次，針對一類只有基本信標與弱從屬信標的Petri網(wǎng)子類，設(shè)計一種行為最大許 可的活性控制器。如果條件滿足的話，只要基本信標受控，那么從屬信標也受控?？?制庫所添加到每個基本信標的補集上面，這樣得到的控制器

5、是最優(yōu)的。最重要的是， 由于添加控制庫所到基本信標而產(chǎn)生的新信標被證明是受控的，也就是說，新信標是 不會被清空的。因此，新產(chǎn)生的信標不需要添加控制庫所。
生成可達圖是一項耗費大量時間與資源的工作。在最壞的情況下，它可能會在運 行一周甚至一個月的時間之后由于內(nèi)存耗盡而停止。因此，針對生成可達圖存在的高 計算復(fù)雜度問題，提出了一種計算Petri網(wǎng)子類一標識圖的可達狀態(tài)數(shù)的代數(shù)方法。一 個標識圖可以分成幾個結(jié)構(gòu)塊。首先，選出一個結(jié)

6、構(gòu)塊并確定此結(jié)構(gòu)塊與相鄰結(jié)構(gòu)塊 的連接關(guān)系。兩個結(jié)構(gòu)塊組成一個新的結(jié)構(gòu)塊。重復(fù)以上過程直到?jīng)]有新的結(jié)構(gòu)塊可 被添加進來。最后得到的結(jié)構(gòu)塊就是此標識圖。接下來，依次計算每個新生成的結(jié)構(gòu) 塊的可達狀態(tài)數(shù)。最后得到的最大結(jié)構(gòu)塊的可達狀態(tài)數(shù)就是標識圖的可達狀態(tài)數(shù)。它 可以在很短的時間內(nèi)得到結(jié)果，因此可以被用于預(yù)測當前計算條件下得到可達圖的可能性。
最后，此狀態(tài)數(shù)計算方法被應(yīng)用到一類更復(fù)雜的Petri網(wǎng)_S3PR網(wǎng)中。首先，通過 組合