基于Petri網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)控制器設計.pdf

1、在柔性制造系統(tǒng)中,通常利用有限的資源來并行加工處理不同類型的工件。不同類型的工件通過競爭使用有限的資源,對資源的不合理分配會引起死鎖,即兩個或多個工件無限互相等待其他的工件釋放資源。死鎖意味著系統(tǒng)局部或全局的停頓,會大大降低系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。為了使系統(tǒng)高效運轉,必須解決死鎖問題。Petri網(wǎng)作為一種數(shù)學工具,可以對柔性制造系統(tǒng)進行建模、分析與控制。在Petri網(wǎng)中,信標作為特殊的結構與死鎖緊密相連,通過控制信標就可以消除死鎖。在普通網(wǎng)中。

2、可被清空的嚴格極小信標會阻止與其關聯(lián)的變遷的發(fā)射,只要保證信標不被清空就可以控制信標,而基于不變式的特性就可以保證信標不被清空。在一般網(wǎng)中的情況遠比普通網(wǎng)中復雜,存在嚴格極小信標并不意味著死鎖的產(chǎn)生,一個被標記的信標也不意味著其不會引起死鎖。基于最大受控信標的概念可以為一個未允分標記的信標設計控制庫所,然而還有一些信標根據(jù)最大受控的概念無法得到合適的控制庫所。如何設計控制庫所直接影響著整個活性Petri網(wǎng)控制器許可行為的多少,而許可行為

3、的多少是衡量一個活性Petri網(wǎng)控制器好壞的一個重要指標。一個活性Petri網(wǎng)控制器的許可行為越多,它對系統(tǒng)的限制越少。如何對一般網(wǎng)中的信標進行控制,如何減小添加的控制器對原系統(tǒng)行為的限制是來解決的主要問題。本文基于Petri網(wǎng)為柔性制造系統(tǒng)設計控制器,通過對柔性制造系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型分析就可以得到系統(tǒng)的控制器。本文主要的研究成果如下:
　　 1.Petri網(wǎng)中信標與死鎖密切相關,然而一般在一個網(wǎng)系統(tǒng)中信標的數(shù)目隨著網(wǎng)系統(tǒng)的

4、規(guī)模成指數(shù)增長,計算所有的信標比較困難。基于混合整數(shù)規(guī)劃方法(MIP),提出一種針對S4R網(wǎng)的迭代死鎖預防策略。每次迭代通過求解MIP問題得到一個非最大標記的信標,并通過添加控制庫所構成P-不變式使得該信標為最大受控的。依次迭代,直到系統(tǒng)沒有非最大標記的信標,系統(tǒng)所有的信標均為最大受控的,進而得到活性Petri網(wǎng)控制器。通過MIP求解信標,避免了計算所有的嚴格極小信標。迭代策略不能保證得到的控制器不存在冗余控制庫所,最后設計剔除冗余控制

5、庫所的算法,可以得到結構更簡單的活性Petri網(wǎng)控制器。
　　 2.通過研究分析,給出了更形式化的max'-controlled信標的概念。根據(jù)信標引起死鎖的原因,推導出信標為self-max'-controlled的允分條件,一個self-max’-controlled信標不會引起死鎖。證明了若一個WS3PR網(wǎng)中所有的嚴格極小信標均為self-max'-controlled,則該網(wǎng)系統(tǒng)為自活的。自活的網(wǎng)系統(tǒng)不需要任何外界控制就

6、可以始終有序的運行,而不會產(chǎn)生死鎖,通過合理的配置資源數(shù)目及資源使用就可以得到自活的系統(tǒng)。
　　 3.通過結構分析,提出了等價不變式和等價網(wǎng)系統(tǒng)的概念,兩個等價的網(wǎng)系統(tǒng)具有相同的發(fā)射序列?？梢詾橐粋€S3PR網(wǎng)找到等價的WS3PR網(wǎng)系統(tǒng),通過重新配置WS3PR網(wǎng)弧的權值使得其所有的嚴格極小信標均為self-max'-controlled,從而得到自活的WS3PR網(wǎng),由自活的WS3PR網(wǎng)可以得到S3PR網(wǎng)的活性Petri控制器。同時

7、給出了一個S3PR網(wǎng)的等價WS3PR網(wǎng)可以通過重新配置弧的權值而自活的充分條件。該策略得到的控制器需要的控制庫所數(shù)目不多于資源庫所數(shù)目,具有較多的許可行為。
　　 4.一個信標的控制庫設計的好壞直接影響活性Petri網(wǎng)控制器許可行為的多少?；谧畲笫芸匦艠说母拍钤O計的控制庫所通常對系統(tǒng)的限制較多,基于max’-controlled信標的概念,從不同的角度考慮,提出了三種方法為信標設計控制庫所,可以為具有良好初始標識的S4R網(wǎng)的任

8、意嚴格極小信標設計合適的控制庫所。在此基礎上給出了死鎖預防策略,并通過實例驗證所提出的方法。
　　 5.并非所有的網(wǎng)系統(tǒng)都存在具有最大許可行為的活性Petri網(wǎng)控制器。通過分析網(wǎng)系統(tǒng)的結構和狀態(tài),給出了一類Petri網(wǎng)-WS3PR網(wǎng)不存在基于P-不變式的具有最大許可行為的活性Petri網(wǎng)控制器的允分條件。若一個WS3PR網(wǎng)存在不能最優(yōu)受控的信標,則整個網(wǎng)系統(tǒng)不存在基于P-不變式的具有最大許可行為的活性Petri網(wǎng)控制器。若一個網(wǎng)