基于一般Petri網(wǎng)的自動(dòng)制造系統(tǒng)活性控制器設(shè)計(jì).pdf

1、死鎖是自動(dòng)制造系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮和解決的問題．死鎖造成系統(tǒng)整體或局部的停頓，在有些情況下，并不是單純地降低生產(chǎn)率，而是可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失甚至災(zāi)難性后果．資源分配系統(tǒng)中死鎖的產(chǎn)生一般認(rèn)為需要四個(gè)必要條件：相互抑制、持有并等待、非剝奪條件和循環(huán)等待．研究表明，這四個(gè)條件中的前三個(gè)在實(shí)際制造系統(tǒng)中往往是成立的，因此，自動(dòng)制造系統(tǒng)中抑制死鎖產(chǎn)生的途徑是使系統(tǒng)的資源分配策略永遠(yuǎn)不要產(chǎn)生循環(huán)等待現(xiàn)象．Petri網(wǎng)是對離散事件系統(tǒng)進(jìn)行建模和

2、分析的主要數(shù)學(xué)工具之一，基于Petri網(wǎng)的自動(dòng)制造系統(tǒng)的死鎖處理方法大致可分為三種策略：死鎖檢測與恢復(fù)、死鎖避免和死鎖預(yù)防．死鎖檢測與恢復(fù)策略允許系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖，一旦檢測到系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，通過重新分配資源使系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)．死鎖避免使用一種在線的資源分配機(jī)制，使系統(tǒng)不能進(jìn)入死鎖狀態(tài)．死鎖預(yù)防策略通過離線計(jì)算事先建立一種方法來控制資源的請求，從而保證系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生死鎖．本文運(yùn)用一般Petri網(wǎng)子類（S4PR網(wǎng)和G-systems網(wǎng)）對自動(dòng)

3、制造系統(tǒng)建模分析，提出了幾種死鎖預(yù)防策略．主要研究工作如下： 第一，提出了基于基本信標(biāo)的死鎖預(yù)防策略，在已知Petri網(wǎng)系統(tǒng)全部嚴(yán)格極小信標(biāo)的情況下求取網(wǎng)中的基本信標(biāo)，且只對其添加控制庫所，通過調(diào)節(jié)基本信標(biāo)的控制深度變量來保證從屬信標(biāo)最大可控，從而獲得活性Petri網(wǎng)控制器．該算法能有效地減少控制庫所的數(shù)量，即減少了受控網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，使系統(tǒng)能發(fā)揮更好的動(dòng)態(tài)性能． 第二，提出了基于基本信標(biāo)的顯式優(yōu)化控制策略，首先該策

4、略有效地利用基本信標(biāo)概念對網(wǎng)系統(tǒng)添加控制庫所，然后運(yùn)用控制器輸出弧位置優(yōu)化算法，使得受控網(wǎng)系統(tǒng)能獲得的許可行為性趨于最優(yōu)． 第三是死鎖預(yù)防的隱式優(yōu)化控制策略，該策略不需要添加任何控制庫所，僅通過正確配置閑置庫所和資源庫所之間托肯數(shù)的關(guān)系，并且求解這些約束關(guān)系式來獲得最優(yōu)解，從而獲取活的網(wǎng)系統(tǒng)． 最后，基于混合整數(shù)規(guī)劃方法（Mixed Integer Programming，MIP），提出了兩種死鎖控制策略，MIP算法避免

5、求取網(wǎng)系統(tǒng)中所有的嚴(yán)格極小信標(biāo)，在計(jì)算方面可以大大降低復(fù)雜度．第一種策略首先運(yùn)用MIP獲得一個(gè)最大的死信標(biāo)，從該死信標(biāo)中導(dǎo)出一個(gè)極小信標(biāo)，再結(jié)合基本信標(biāo)概念，只對基本信標(biāo)和不受控從屬信標(biāo)添加控制庫所．該迭代算法僅需添加少量的控制庫所和有向弧即可獲得活性Petri網(wǎng)控制器．第二種策略是兩階段的活性控制器設(shè)計(jì)迭代算法，通過信標(biāo)控制和導(dǎo)出信標(biāo)控制兩個(gè)階段使系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生新的死信標(biāo)從而保證了控制器的活性． 本文的研究工作對于Petri網(wǎng)理