基于一般Petri网的自动制造系统活性控制器设计

发布时间：2020-04-25 00:57

【摘要】： 死锁是自动制造系统控制系统设计时必须考虑和解决的问题.死锁造成系统整体或局部的停顿,在有些情况下,并不是单纯地降低生产率,而是可能造成重大经济损失甚至灾难性后果.资源分配系统中死锁的产生一般认为需要四个必要条件:相互抑制、持有并等待、非剥夺条件和循环等待.研究表明,这四个条件中的前三个在实际制造系统中往往是成立的,因此,自动制造系统中抑制死锁产生的途径是使系统的资源分配策略永远不要产生循环等待现象. Petri网是对离散事件系统进行建模和分析的主要数学工具之一,基于Petri网的自动制造系统的死锁处理方法大致可分为三种策略:死锁检测与恢复、死锁避免和死锁预防.死锁检测与恢复策略允许系统出现死锁,一旦检测到系统处于死锁状态,通过重新分配资源使系统恢复到正常状态.死锁避免使用一种在线的资源分配机制,使系统不能进入死锁状态.死锁预防策略通过离线计算事先建立一种方法来控制资源的请求,从而保证系统不会发生死锁.本文运用一般Petri网子类(S4PR网和G-systems网)对自动制造系统建模分析,提出了几种死锁预防策略.主要研究工作如下: 第一,提出了基于基本信标的死锁预防策略,在已知Petri网系统全部严格极小信标的情况下求取网中的基本信标,且只对其添加控制库所,通过调节基本信标的控制深度变量来保证从属信标最大可控,从而获得活性Petri网控制器.该算法能有效地减少控制库所的数量,即减少了受控网系统的结构复杂度,使系统能发挥更好的动态性能. 第二,提出了基于基本信标的显式优化控制策略,首先该策略有效地利用基本信标概念对网系统添加控制库所,然后运用控制器输出弧位置优化算法,使得受控网系统能获得的许可行为性趋于最优. 第三是死锁预防的隐式优化控制策略,该策略不需要添加任何控制库所,仅通过正确配置闲置库所和资源库所之间托肯数的关系,并且求解这些约束关系式来获得最优解,从而获取活的网系统. 最后,基于混合整数规划方法(Mixed Integer Programming, MIP),提出了两种死锁控制策略, MIP算法避免求取网系统中所有的严格极小信标,在计算方面可以大大降低复杂度.第一种策略首先运用MIP获得一个最大的死信标,从该死信标中导出一个极小信标,再结合基本信标概念,只对基本信标和不受控从属信标添加控制库所.该迭代算法仅需添加少量的控制库所和有向弧即可获得活性Petri网控制器.第二种策略是两阶段的活性控制器设计迭代算法,通过信标控制和导出信标控制两个阶段使系统不会产生新的死信标从而保证了控制器的活性. 本文的研究工作对于Petri网理论以及以Petri网为分析工具的离散事件监督控制理论均具有重要的意义.
【图文】：

典型 FMS 构成

图 1.1 典型 FMS 构成单的 FMS, 它包含三台机床 M1, M2, M3个输出传送带 O1. 机器人 R 负责工件在输. 假定M1可同时加工三个工件, M2(M3一个工件. 该系统可以生产两种零件 P1 和 M2 上加工; P2 要求首先在 M2 上加工, 它 FMS 共同的主要特征:
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH164

【共引文献】

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本文编号：2639592