信息物理融合系统复杂过程自治协调控制策略研究

摘要

随着社会生活水平的提高，人们对工业产品的要求也越来越向细分化、定制化的方向发展。这种市场和客户需求的易变性要求生产企业的生产系统具备高度的灵活性、智能性和自动性。然而当前的自动化生产控制系统未能满足该类灵活生产的要求。本文将信息物理融合系统（Cyber-Physical System，CPS）应用在复杂工业生产过程的控制系统中，形成信息物理融合生产系统(Cyber-PhysicalProduction System，CPPS)。另外，研究分析多Agent技术在自学习、自适应和社会性上的优良性能，基于多Agent技术在CPPS体系结构、网络和控制策略等方面展开研究。相对于传统的工业自动化控制系统，CPPS能大大提高产品生产过程控制系统的灵活性、自治性和高效性。本文的主要研究工作有:
　　(1)充分利用Agent在控制系统中的灵活性和自治性，面向复杂工业生产过程，研究和设计基于Agent的CPPS体系结构;
　　(2)针对复杂工业生产过程环境中的异构网络，研究CPPS多源异构网络融合方法，并分析CPPS网络数据的稳定性;
　　(3)为了适应复杂工业过程生产任务的易变多样，结合多Agent系统的社会性和协作性等性能，研究分析基于多Agent的CPPS自主控制策略生成方法。
　　通过以上几点的研究工作，解决当前复杂工业生产过程控制系统的灵活性、自治性不足等问题。将多Agent系统技术引入到信息物理融合系统设计中，并将信息物理融合系统应用在复杂工业生产过程中是工业生产控制和管理模式的一次突破。该研究设计能使得企业生产系统更加灵活、优化生产资源配置、提高生产效率、节约能耗并减少浪费，具有很好的经济效益，并能提高人们的生活水平和推动社会科学技术的发展。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 复杂工业生产过程控制技术研究现状

1．2．2 CPS发展现状

1．2．3 CPS体系结构研究现状

1．2．4 CPS网络融合研究现状

1．2．5 CPS自治控制技术的研究现状

1．3 课题来源与研究内容及论文结构

1．3．1 课题来源

1．3．2 主要研究内容

1．3．3 论文结构

1．4 本章小结

第二章 信息物理融合系统和多Agent系统

2．1 信息物理融合系统

2．1．1 CPS特点

2．1．2 CPS相关技术

2．2 多Agent系统

2．2．1 多Agent系统概述

2．2．2 多Agent系统与CPS

2．3 本章小结

第三章 基于多Agent的CPPS分布式体系结构设计

3．1 CPPS节点及其Agent描述

3．1．1 CPPS节点功能设计

3．1．2 Agent在CPPS节点中的体现

3．2 CPPS体系结构的层级设计

3．2．1 感控层

3．2．2 网络层

3．2．3 应用层

3．3 基于多Agent的CPPS体系结构

3．4 本章小结

第四章 CPPS多源异构网络融合技术研究与实现

4．1 CPPS分布式网络结构设计

4．2 CPPS异构网络数据融合

4．2．1 无线传感器网络融合

4．2．2 传统网络与CPPS网络融合

4．3 基于马尔科夫的CPPS网络数据稳定性分析

4．3．1 问题描述

4．3．2 不可靠网络丢包分析

4．3．3 CPPS网络稳定性分析

4．4 本章小结

第五章 基于多Agent的CPPS自主控制策略研究

5．1 CPPS的Agent描述

5．1．1 CPPS的Agent体系结构

5．1．2 Agent语义描述

5．2 自治控制策略研究

5．2．1 基于合作博弈的Agent任务分配

5．2．2 执行控制策略

5．3 本章小结

第六章 应用实例

6．1 应用需求

6．2 软硬件设计

6．2．1 感知节点设计

6．2．2 执行节点设计

6．2．3 通信节点设计

6．2．4 决策节点设计

6．3 运行示例

6．4 本章小结

结语与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间参加的科研项目

声明

致谢