基于Petri網的柔性制造系統(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)的生產效率。為了使系統(tǒng)高效運轉,必須解決死鎖問題。Petri網作為一種數學工具,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。在一般網中的情況遠比普通網中復雜,存在嚴格極小信標并不意味著死鎖的產生,一個被標記的信標也不意味著其不會引起死鎖?；谧畲笫芸匦艠说母拍羁梢詾橐粋€未允分標記的信標設計控制庫所,然而還有一些信標根據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網控制器好壞的一個重要指標。一個活性Petri網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網中信標與死鎖密切相關,然而一般在一個網系統(tǒng)中信標的數目隨著網系統(tǒng)的

4、規(guī)模成指數增長,計算所有的信標比較困難?；诨旌险麛狄?guī)劃方法(MIP),提出一種針對S4R網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網中所有的嚴格極小信標均為self-max'-controlled,則該網系統(tǒng)為自活的。自活的網系統(tǒng)不需要任何外界控制就

6、可以始終有序的運行,而不會產生死鎖,通過合理的配置資源數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系統(tǒng)的概念,兩個等價的網系統(tǒng)具有相同的發(fā)射序列?？梢詾橐粋€S3PR網找到等價的WS3PR網系統(tǒng),通過重新配置WS3PR網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,由自活的WS3PR網可以得到S3PR網的活性Petri控制器。同時

7、給出了一個S3PR網的等價WS3PR網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目不多于資源庫所數目,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.并非所有的網系統(tǒng)都存在具有最大許可行為的活性Petri網控制器。通過分析網系統(tǒng)的結構和狀態(tài),給出了一類Petri網-WS3PR網不存在基于P-不變式的具有最大許可行為的活性Petri網控制器的允分條件。若一個WS3PR網存在不能最優(yōu)受控的信標,則整個網系統(tǒng)不存在基于P-不變式的具有最大許可行為的活性Petri網控制器。若一個網