基于高級PETRI網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)綜合分析.pdf

1、隨著傳感、通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究得到了越來越多的關(guān)注。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，是由計算機網(wǎng)絡(luò)將不同位置上的組成單元，如控制器，執(zhí)行器以及傳感器等，相互連接起來而組成的閉環(huán)回路空間分布式控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)特性使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具備維修和保養(yǎng)代價低，靈活性高，受控節(jié)點分布面積大，易于設(shè)計大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)等優(yōu)點。不同于傳統(tǒng)的點對點直接控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的諸多益處使其更為廣泛的應(yīng)用到大型工業(yè)過程控制系統(tǒng)

2、的實際工作中。目前，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為國際控制領(lǐng)域的一個熱點研究方向，并且具有重要的理論意義和實際背景。
　　如何對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進行建模與分析成為研究方向的一個重要分支問題。單純的依靠數(shù)學(xué)工具進行研究，將使得對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究受到局限，從而無法解決更廣泛領(lǐng)域的問題，尤其是針對一些難以用數(shù)學(xué)模型來表征的復(fù)雜系統(tǒng)的問題，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模研究方法具備一定的局限性。計算機科學(xué)與控制科學(xué)的學(xué)科交雜恰好為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究提供了新的解決方法

3、，開啟了一種對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究的新型視角，Petri網(wǎng)最早便是一門將計算機理論與控制理論進行融合以此來分析問題的建模技術(shù)。
　　Petri網(wǎng)是一門基于可視化圖形的語言，其以研究模型系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為為目標(biāo)，著眼于系統(tǒng)中可能發(fā)生的各種狀態(tài)變化以及變化之間的關(guān)系。論文主要應(yīng)用Petri網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)進行形式化建模，并根據(jù)Petri網(wǎng)的基本性質(zhì)對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的時延進行了分析。在借鑒計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，現(xiàn)代控制技術(shù)的基礎(chǔ)之上，

4、分析網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中存在的網(wǎng)絡(luò)傳輸問題，并研究分析影響其可靠性的主要因素，針對具體要求，提出使其穩(wěn)定的解決方案。
　　論文的主要內(nèi)容如下:
　　1、本文針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)保留式建模，利用Petri網(wǎng)的自頂向下建模方法對控制器，傳感器和執(zhí)行器進行分層細(xì)化再逐步求精。并且將網(wǎng)絡(luò)傳輸時延定為在某個時間段內(nèi)隨機分布，而不是固定的傳輸時間，進一步設(shè)計丟包和亂序模型，并利用基于Token的時間戳算法計算模型中的網(wǎng)絡(luò)時延。
　

5、　2、本文基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的高級Petri網(wǎng)模型，提取網(wǎng)絡(luò)時延數(shù)據(jù)并進行分析。首先利用B-W算法建立時延的隱馬爾科夫模型，并進一步驗證網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中前置時延與后置時延的馬爾科夫過程隨機特性，其次，利用隱馬爾科夫模型對系統(tǒng)下一狀態(tài)時延進行估測。最后，將高級Petri網(wǎng)模型中下一系統(tǒng)狀態(tài)的的時延與隱馬爾科夫模型估測的概率時延進行對比。
　　3、最后，針對具有伯努利包丟現(xiàn)象的隱馬爾科夫網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，利用控制系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析