基于Petri网的自动制造系统鲁棒活性监督控制器设计

摘要

基于Petri网，人们研究了很多自动制造系统死锁问题的求解方法。但大部分解决方案在研究过程中假定一个自动制造系统拥有稳定可靠的资源装置。现实生产过程中，加工零件的设备有可能会在系统运行时发生故障，从而导致整个自动制造系统瘫痪，并带来经济损失。为了解决这一问题，本文以S3PR网为模型，研究具有鲁棒性的死锁控制方法。这些基于不同理论的鲁棒控制器使得即使资源发生故障，自动制造系统也能正常完成加工任务。为了更好地分析问题，本文把不可靠资源问题模型化，通过对可能发生资源故障的库所添加恢复子网来模拟资源发生故障以及修复资源的过程。文中把这样具有不可靠资源的S3PR网模型称为不可靠S3PR。本文分别从结构和简易可达图两方面为不可靠S3PR网设计鲁棒控制器。
　　本文提出了一种基于结构和可达图分析的鲁棒控制器方法。首先使用一种经典的基于信标的死锁控制方法来辅助分析资源故障问题。通过研究发现，在一个受控网中，资源发生故障会使得资源装置的数量减少，这些减少可能使原来已受控的信标被清空，从而导致系统再次面临死锁问题。为了解决这一问题，通过在原受控网的控制库所与变迁之间添加合适的弧，来阻止信标被清空。由于恢复子网中存在不可控变迁，而且需要保证这些变迁不被在第一步中设计的控制器控制，在第二步中，用一种基于可达图分析的方法来解决这一问题，从而得到了一种具有鲁棒性的死锁控制器，使得系统在资源发生故障时也能工作。
　　为了得到一种行为许可更大的鲁棒控制器，本文提出了一种基于简易化可达图的鲁棒控制方法。把可达图转化为简易可达图能更好地从一个含有不可靠资源的S3PR网中找到合法且鲁棒的可达状态。通过把所有的可达状态分类，资源故障问题可以转化为禁止状态问题，然后通过P-不变式来设计控制器。由于所求出的具有鲁棒性的合法状态域可能是非凸域，而这种非凸域不能通过线性约束来求解，本文引入区间抑制弧来处理这种情况。最后，得到了一种基于简易化可达图的鲁棒控制方法。
　　本文以S3PR网为模型，针对资源故障问题，为自动制造系统设计鲁棒控制器。最后，用一些Petri网实例对提出的算法进行验证，结果表明，提出的方法能够使得自动制造系统在资源发生故障时正常工作。

目录

声明

List of Figures

List of Tables

List of Symbols

List of Abbreviations

Chapter 1 Introduction

1.1 Background

1.2 Robust Liveness-Enforcing Supervisors for AMSs

1.3 Thesis Organization

Chapter 2 Preliminaries

2.1 Basics of Petri Nets

2.2 S3PR Net

2.3 AMS with Unreliable Resources

2.4 Conclusion

Chapter 3 A Two-step Robust Control Approach Based on Structure and Reachability Graph Analysis

3.1 A Classical Deadlock Prevention Policy

3.2 Robustness Analysis of Unreliable S3PR Based on Structure Analysis

3.3 Supervisors Design Based on Reachability Graph Analysis

3.4 A Robust Deadlock Control Policy for an AMS with Unreliable Resources

3.5 Examples

3.6 Conclusion

Chapter 4 Robust Liveness-enforcing Supervisor Design Based on a Reduced Reachability Graph

4.1 Reduced Reachability Graph

4.2 Robustness Analysis Based on a Reduced Reachability Graph

4.3 Robust Control for Convex Legal Reachability Spaces

4.4 Robust Control for Non-convex Legal Reachability Spaces

4.5 Examples

4.6 Conclusion

Chapter 5 Conclusions and Future Work

参考文献

致谢

Biography