基于Petri網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)可達(dá)性分析與死鎖控制.pdf

1、柔性制造系統(tǒng)(FMSs)是由數(shù)控機(jī)床、緩沖器、夾具、機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)向小車(AG V)以及其它材料處理設(shè)備構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。其中一部分被視為該柔性制造系統(tǒng)的共享資源。而并行加工過程對這些有限資源的競爭會導(dǎo)致死鎖的出現(xiàn)，會極大地降低生產(chǎn)效率。因此，對死鎖的分析與控制勢在必行。Petri網(wǎng)由于具有簡約和規(guī)范的表達(dá)形式，在柔性制造系統(tǒng)的建模、分析和控制中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。近年來，研宄者提出了大量基于Petri網(wǎng)的控制策略。通常，評價(jià)這

2、些策略的性能指標(biāo)主要有三個(gè)：行為許可性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度以及計(jì)算復(fù)雜度。從技術(shù)角度看，這些策略主要通過結(jié)構(gòu)分析和可達(dá)圖分析來實(shí)現(xiàn)死鎖控制?；诮Y(jié)構(gòu)分析通過信標(biāo)或資源變遷環(huán)路來獲得活性控制器，通常計(jì)算效率較高但卻限制了系統(tǒng)的部分許可行為。而基于可達(dá)圖分析往往可以獲得具有較高許可行為的次優(yōu)或最優(yōu)活性控制器。但由于要枚舉部分或全部可達(dá)圖而存在狀態(tài)爆炸問題。
　　本論文致力于研宄柔性制造系統(tǒng)可達(dá)狀態(tài)的高效求解方法及活性控制器設(shè)計(jì)。主要的研宄成果

3、如下：
　　1.針對一類被稱作Pipe-line Nets（PLNs)的子網(wǎng)，提出了一種高效的基于P-不變式和嚴(yán)格極小信標(biāo)計(jì)算可達(dá)標(biāo)識集的新方法。首先，根據(jù)極小P-半流求得系統(tǒng)的不變式標(biāo)識集，其中由于系統(tǒng)共享資源的存在而可能包含偽標(biāo)識，并由資源環(huán)路求得嚴(yán)格極小信標(biāo)。其次，通過分析嚴(yán)格極小信標(biāo)中操作庫所的標(biāo)識數(shù)與其界的關(guān)系，給出判定偽標(biāo)識的一個(gè)充分必要條件，并根據(jù)該條件求得所有的偽標(biāo)識。最后，通過剔除不變式標(biāo)識集中的所有偽標(biāo)識來獲得

4、PLNs的可達(dá)標(biāo)識集。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了基于P-不變式和嚴(yán)格極小信標(biāo)計(jì)算可達(dá)標(biāo)識集的高效性。
　　2.將基于P-不變式和嚴(yán)格極小信標(biāo)計(jì)算可達(dá)標(biāo)識集的方法擴(kuò)展到比PLNs更一般的具有特定資源庫所的LS3PR網(wǎng)系統(tǒng)中。通過分析嚴(yán)格極小信標(biāo)中操作庫所的標(biāo)識數(shù)與其界的關(guān)系，給出判定偽標(biāo)識的一個(gè)更一般的充分必要條件，并根據(jù)該條件求得不變式標(biāo)識集中所有的偽標(biāo)識。最后，通過剔除不變式標(biāo)識集中的所有偽標(biāo)識來獲得LS3PR網(wǎng)的可達(dá)標(biāo)識集。實(shí)例分析驗(yàn)證了

5、該方法的有效性。
　　3.大多數(shù)己有的Petri網(wǎng)死鎖預(yù)防策略都是通過添加控制庫所來解決死鎖問題?；诳蛇_(dá)圖分析，可以獲得最大許可行為的活性控制器使得所有合法標(biāo)識可達(dá)并禁止所有首遇壞標(biāo)識。本文基于可達(dá)圖分析，提出了一種通過添加控制變遷來將死標(biāo)識轉(zhuǎn)化為合法標(biāo)識的死鎖控制策略，其中保留了所有的系統(tǒng)行為而不引入新的系統(tǒng)狀態(tài)。為了降低控制器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，本文提出了一種集合覆蓋方法來減少控制變遷的數(shù)目。該控制器保留了系統(tǒng)的所有的行為并將死標(biāo)