模糊/概率离散事件系统的监督控制和错误诊断

摘要

本文研究模糊离散事件系统(FDES)的监督控制和错误诊断，以及概率离散事件系统(SDES)的错误诊断，具体包括以下四个方面的内容：部分可观测的FDES监督控制和分散监督控制，FDES的错误诊断，SDES的分散诊断，以及SDES的安全诊断。论文研究工作的主要成果表现在以下几个方面。 第一部分是在Qiu [2]建立的FDES监督控制理论的基础上，研究了部分可观测的FDES监督控制和分散控制两个问题。将模糊事件的可控性和可观测性定义为两个取值在[0,1]区间的函数，然后在部分可观测下分别将模糊子语言的模糊可控条件和模糊可观测条件形式化，得到了FDES可控可观测定理，建立了部分可观测的FDES监控理论。简单地说，对于模糊语言(~K)，存在一个满足要求的非阻塞模糊监控器(~S)p的充分必要条件是K为模糊可控、模糊可观测、L(~C),m-闭的(定理3.1)。特别地，对于模糊可控条件和模糊可观测条件给出了一个具体的验证方法，依此可以判断模糊监控器(~S)P的存在性。然后，进一步考虑了在多个偏观察的情况下FDES的分散监控问题，通过对模糊共同可观测条件形式化，得到了FI)ES分散监督控制定理：对于模糊语言(~K)，存在一个满足要求的非阻塞分散模糊监控器(~S)dec的充分必要条件是(~K)为模糊可控、模糊共同可观测、L(~C),m-闭的(定理4.1)。并且对模糊共同可观测条件，给出了一个具体的验证方法，用这个方法可以判断分散模糊监控器(~S)dec的存在性。第二部分研究了FDES错误诊断问题。为了刻画模糊系统的可诊断程度，引入了一个取值为整个[0，1]区间的模糊诊断函数，提出了一种模糊诊断方法。特别地，当模糊诊断函数等于0时，就是指经典DES错误诊断中不可诊断的概念；而模糊诊断函数等于1的情况则与经典DES中的可诊断概念相对应。因此，这种模糊诊断方法是对经典DES诊断方法[3]的推广，它既可以用于FDES的错误诊断，也可以用于经典DES的错误诊断。然后，基于事件的可观测性和错误发生的概率，给出了一个构造诊断器的形式化方法，讨论了关于诊断器的一些主要性质。特别是得到了FDES可诊断的一个充分必要条件：FDES (~G)是完全不可诊断的，当且仅当存在某个事件(~σ)，在关于(~σ)的诊断器Gd中存在一个O-F-不确定圈；(~G)是完全可诊断的，当且仅当对任意事件(~σ)，在关于(~σ)的诊断器(~G)d中都不存在任何F-不确定圈；G的可诊断程度是λ，当且仅当存在某个事件(~σ)，在关于(~σ)的诊断器Gd中存在一个极小λ(~Σ)f(~σ)-F-不确定圈，并且在任意其它事件的诊断器中，如果存在一个极小μ'-F-不确定圈，则一定有μ'≥λ(~Σ)f(~σ)(定理5.3)。这些结果推广了经典DES错误诊断方法[3，4]中的主要结论。对于FDES模糊可诊断条件，给出了一种验证算法。 第三部分是在Thorsley和Teneketzisf[5]框架下考虑了SDES分散诊断问题。首先定义了SDES分散可诊断的概念，将[5]中只有一个投影观测站的情形推广到有多个投影观测站的情形。一个SDES G称为分散可诊断的，是指至少存在一个局部观测站，使得该位置的局部诊断器在某错误事件发生之后的有限步转移内，几乎能够将所有发生的错误事件诊断出来。然后，详细给出了一个构造SDES全局诊断器的方法。这个全局诊断器和局部诊断器共同实现对SDES的分散诊断。通过讨论全局诊断器的一些主要性质，得到了一个关于SDES是分散可诊断的充分必要条件。简单地说，SDES G是分散可诊断的，当且仅当在分散诊断器中不存在这样的状态圈：圈中包含有一致F-循环分支的状态都是F-不确定状态(定理6.1)。 第四部分研究了SDES安全诊断问题。安全诊断在[6]中被Paoli和Lafortune视为容错控制(fault—tolerant supervision)[7]的第一个必要步骤。由于SDES的可诊断性是保证系统在错误事件发生之后的有限延迟内，能够将几乎所有发生的错误事件诊断出来，但是，这种可诊断性并不一定是安全的，因为在错误事件发生之后的有限延迟内，系统仍然可能由于执行了某种被禁止的危险行为而导致严重危害。正是基于这种考虑，本文第四部分进一步讨论了SDES安全诊断问题。首先给出了SDES安全可诊断的定义。所谓SDES是安全可诊断的就是指在确保系统具有一定程度的可诊断性的基础上，要求这种诊断必须是在执行任何被禁止的危险行为之前完成。然后讨论了SDES安全可诊断、SDES可诊断、经典DES安全可诊断三者之间的关系。一个安全可诊断的SDES一定是SDES可诊断的，但是可诊断的SDES不一定是SDES安全可诊断的；不是安全可诊断的SDES一定不是DES安全可诊断的，但是，不是安全可诊断的DES却有可能是SDES安全可诊断的。这部分最主要的成果是对于各个类型的错误，构造了一个非法语言识别器，用于区别系统行为中的被禁止事件串，并在识别器的基础上构造了相应的安全诊断器，得到了关于SDES安全可诊断的一个充分必要条件(定理7.4)，从而实现安全诊断器对SDES的安全诊断。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1离散事件系统(DES)

1.2 Ramadge-Wonham框架下DES的监督控制

1.3 DES的错误诊断

1.4模糊离散事件系统(FDES)及其研究现状

1.5概率离散事件系统(SDES)及其研究现状

1.6主要研究内容和研究结果

1.7论文结构

第二章离散事件系统(DES)的监督控制与错误诊断

2.1 DES的基本概念

2.2 DES的监督控制

2.3 DES的错误诊断

第三章模糊离散事件系统(FDES)的监督控制

3.1 FDES可控定理

3.2部分可观测下FDES可控可观测定理

3.3部分可观测下FDES监控器的存在性

3.4部分可观测下FDES监控理论在DES和FDES中的应用实例

3.5本章小结

第四章模糊离散事件系统(FDES)的分散监督控制

4.1 FDES分散监控理论

4.2 FDES分散模糊监控器的存在性

4.3本章小结

第五章模糊离散事件系统(FDES)的错误诊断

5.1 FDES可诊断概念

5.2 FDES诊断器的构造和性质

5.3 FDES可诊断的充分必要条件

5.4 FDES可诊断性的验证方法

5.5多错误类型的FDES错误诊断

5.6 FDES诊断理论在DES和FDES中的应用实例

5.7本章小结

第六章概率离散事件系统(SDES)的错误诊断

6.1 SDES集中式错误诊断

6.2 SDES分散可诊断的概念

6.3 SDES分散诊断器的构造和性质

6.4 SDES分散可诊断的充分必要条件

6.5 SDES分散可诊断的验证方法

6.6 SDES分散诊断的应用实例

6.7本章小结

第七章概率离散事件系统(SDES)的安全诊断

7.1 SDES安全诊断的功能概念

7.2 SDES安全诊断与DES诊断的关系

7.3 SDES非法语言识别器和安全诊断器的构造

7.4 SDES的识别器和安全诊断器的主要性质

7.5 SDES安全可诊断的充分必要条件

7.6 SDES安全诊断的应用实例

7.7本章小结

第八章总结与对未来工作的展望

8.1论文总结

8.2对未来工作的展望

参考文献

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致谢