petr網(wǎng)活性控制器設(shè)計(jì)與狀態(tài)數(shù)計(jì)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(gè)不可回避的問(wèn)題。行為許 可性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與計(jì)算復(fù)雜性是衡量一個(gè)活性控制器性能優(yōu)劣的三個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)。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(dá)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(guò)找出一組特殊結(jié)構(gòu)（通常是信標(biāo)），然后在 此結(jié)構(gòu)上施加約束而達(dá)到阻止系統(tǒng)達(dá)到死鎖狀態(tài)的一種機(jī)制。信標(biāo)是可以使網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn) 入死鎖狀態(tài)的一組特殊的網(wǎng)節(jié)點(diǎn)?；诳蛇_(dá)性分析的死

2、鎖預(yù)防技術(shù)是一種通?；诳?達(dá)圖的有效而準(zhǔn)確的控制方法?？蛇_(dá)圖可以提供一個(gè)網(wǎng)系統(tǒng)的全局可達(dá)性信息。通過(guò) 可達(dá)圖可以準(zhǔn)確找到一個(gè)使系統(tǒng)進(jìn)入死鎖的狀態(tài)并對(duì)此狀態(tài)施加約束使得系統(tǒng)遠(yuǎn)離死 鎖。基于結(jié)構(gòu)分析得到的活性控制器往往擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算復(fù)雜度低的特點(diǎn)但大部 分都不是行為最大許可的。通過(guò)可達(dá)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(jì)算復(fù)雜度高仍然是制約其應(yīng)用的重要因素。
通過(guò)分析以上兩種技術(shù)，考慮到兩者

3、的優(yōu)勢(shì)，本文分別提出了基于信標(biāo)的死鎖預(yù) 防策略和計(jì)算Petri網(wǎng)可達(dá)狀態(tài)數(shù)的方法。
首先，針對(duì)一類(lèi)Petri網(wǎng)，提出一種基于信標(biāo)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(cè)網(wǎng)活性與獲取信標(biāo)。這個(gè)策略包含兩個(gè)階段：信標(biāo)控 制階段和擴(kuò)展的信標(biāo)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(kù) 所被添加到信標(biāo)的補(bǔ)集上面。但是，第一階段添加的控制庫(kù)所會(huì)與操作庫(kù)所、資源庫(kù) 所組成新的可被清空的信標(biāo)。因此，

4、為了避免新的可被清空信標(biāo)的出現(xiàn)，第二階段添 加的控制庫(kù)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(gè)策略需要較少的計(jì)算量但可以得到一個(gè)控制結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、行為許可較 大甚至最大的活性控制器。
其次，針對(duì)一類(lèi)只有基本信標(biāo)與弱從屬信標(biāo)的Petri網(wǎng)子類(lèi)，設(shè)計(jì)一種行為最大許 可的活性控制器。如果條件滿(mǎn)足的話，只要基本信標(biāo)受控，那么從屬信標(biāo)也受控?？?制庫(kù)所添加到每個(gè)基本信標(biāo)的補(bǔ)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(kù)所到基本信標(biāo)而產(chǎn)生的新信標(biāo)被證明是受控的，也就是說(shuō)，新信標(biāo)是 不會(huì)被清空的。因此，新產(chǎn)生的信標(biāo)不需要添加控制庫(kù)所。
生成可達(dá)圖是一項(xiàng)耗費(fèi)大量時(shí)間與資源的工作。在最壞的情況下，它可能會(huì)在運(yùn) 行一周甚至一個(gè)月的時(shí)間之后由于內(nèi)存耗盡而停止。因此，針對(duì)生成可達(dá)圖存在的高 計(jì)算復(fù)雜度問(wèn)題，提出了一種計(jì)算Petri網(wǎng)子類(lèi)一標(biāo)識(shí)圖的可達(dá)狀態(tài)數(shù)的代數(shù)方法。一 個(gè)標(biāo)識(shí)圖可以分成幾個(gè)結(jié)構(gòu)塊。首先，選出一個(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)塊組成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)塊。重復(fù)以上過(guò)程直到?jīng)]有新的結(jié)構(gòu)塊可 被添加進(jìn)來(lái)。最后得到的結(jié)構(gòu)塊就是此標(biāo)識(shí)圖。接下來(lái)，依次計(jì)算每個(gè)新生成的結(jié)構(gòu) 塊的可達(dá)狀態(tài)數(shù)。最后得到的最大結(jié)構(gòu)塊的可達(dá)狀態(tài)數(shù)就是標(biāo)識(shí)圖的可達(dá)狀態(tài)數(shù)。它 可以在很短的時(shí)間內(nèi)得到結(jié)果，因此可以被用于預(yù)測(cè)當(dāng)前計(jì)算條件下得到可達(dá)圖的可能性。
最后，此狀態(tài)數(shù)計(jì)算方法被應(yīng)用到一類(lèi)更復(fù)雜的Petri網(wǎng)_S3PR網(wǎng)中。首先，通過(guò) 組合