叶阳东[1]2002年在《智能混杂系统建模、分析理论及应用的研究》文中研究表明本文以铁路系统中的“铁路智能运输系统技术研究”为背景，在混杂系统建模、分析理论的基础上，全面分析了基于智能的混杂系统研究所面临的问题，完整地给出了智能混杂系统的定义，并归纳出其相应的特性。论文主要是围绕混杂系统中知识的处理、不确定性问题的处理、系统的自治能力等方面，基于Petri网的理论和方法进行了一类智能混杂系统的建模、分析理论及应用的研究，工作本身是具有开创性质的，也是基础性的。 论文在全面归纳Petri网的基本概念、特性、分析方法的基础上，从理论上详细地研究了带有时间约束的Petri网，形成了一系列与时间约束变迁／库所有关的结论和定理，扩充了TCPN's现有的理论。面向智能混杂系统的建模，论文首次定义了一种分层混合对象Petri网(HHPNO)，定义中充分体现出O-O方法和Petri网的一致性和优势互补性，网中综合考虑了系统的背景知识表述、系统不同属性的处理、多种对象Petri网的集成等问题；基于系统的分层特性，HHPNO在高层采用了带有对象的Petri网(PNO)；面向底层混杂系统的描述采用对象Petri子网。论文对HHPNO中的PNO、规范化接口、库所子网、变迁子网、层次化求精等问题的相关理论进行了系统的研究。 文章在详细研究了现行混合Petri网的建模和分析理论的基础上，面向智能混杂系统定义了一种智能条件／事件混合Petri网，该网包含赋时离散Petri网、连续Petri网和智能决策接口，离散网和连续网之间是通过条件和事件信号进行交互，智能决策接口可构成和其它智能系统或智能决策对象的互连，使得一类混杂系统具有智能决策的能力，同时又保持系统的相对独立性。建模实例表明所定义的混合Petri网具行模块性优良和接口的一致性等特征。论文针对线性混合Petri网，用两种方法进行状态可达性分析：谓词转换方法和基于路径的方法。本文的分析方法相对于已有的方法来说，引入了外部决策因素，该研究既丰富了现有混杂系统的分析理论。 在HHPNO的建模体系下，针对列车群行为构建了两种实验模犁TOPNO和TGOSOPS，实验表明模型便于分布式系统的实施并具有很好的开放性。论文构建了一种基于多种对象Petri网的列车群运行仿真系统及分布式仿真系统的基本结构，并设计实施了基本的实验模型，实验模型在设计方面立足于通用性好、扩充性优良、操作便利等特点。该模型可构成研究一类智能混杂系统建模及分析理论的实验平台。针对智能混杂系统的知识处理问题，在已经建立的列车群运行系统的对象Petri网模犁的基础上，本文利用Petri网对知识的处理能力，给出了一种有效的时间Petri网的时间知识推理算法，由于算法中引入模糊时间区间的操作、保留了最少数量的生成图节点，所以该算法比已有的算法效率高并可处理时间区间的不确定性问题。首次将该算法用于铁路智能运输系统中时间类知识的表示和推理，理论和实验表明：本算法可验证时间约束的列车运行调整方案的可行性；能验证铁路专家系统中时间知识的一致性等问题。
高军伟[2]2003年在《切换系统建模、控制理论与应用研究》文中指出本文重点研究了一类重要的混杂系统—切换系统的建模与控制理论，并将研究结果应用到焦炉加热自动控制系统中，实现了对复杂工业过程系统的控制。 论文提出了智能切换控制的概念，智能切换控制将智能控制理论与切换系统理论有机结合起来，以切换控制为主体，将智能控制的理论与方法应用到切换系统的建模、分析与控制中。智能切换控制是切换系统发展的高级阶段，是解决复杂系统控制问题的重要方法。 文章提出了切换系统中被控对象动态区间软划分的方法，降低了系统分析与建模的复杂性。动态区间软划分后得到的每一个动态子区间都是一个既包含连续变量和离散变量又具有两种变量相互作用的复杂集合体，同时每一个动态子区间又都是具有其动态特性和变化规律的独立整体。分析了动态子区间的区间重迭、区间漂移和区间缩放特性，其中区间重迭是子区间的外部特征，而区间漂移和区间缩放则是子区间的内部特征。基于T-S模型的模糊神经网络被用作子区间的参数辩识工具。 在复杂系统动态区间软划分的基础上提出了柔性切换控制。柔性切换是针对复杂系统控制问题的一种控制策略，柔性切换可以同时包含硬切换和软切换，其切换策略是既受连续变量驱动，又受离散事件驱动，而且切换具有多样性和层次性。针对时变滞后大惯性系统提出了半闭环控制，基于有界控制的半闭环控制的控制目标首先是要满足输出的有界稳定，其次才是满足输出的无差性，是对人类控制器控制复杂系统的有效模拟。而由于采样周期过大产生的半闭环控制则是要尽量避免的。 提出了柔性切换系统稳定性监控的概念，实现系统稳定性的监督与控制。稳定性监控器存在两个功能：首先是监督，即监测与判断系统的稳定或不稳定状态与趋势；其次是控制，使系统保持或恢复稳定状态，从而保证系统的全局有界稳定，稳定性监控器是控制器的控制器。 焦炉是具有大时滞、强非线性、多变量耦合、变参数的复杂对象，直行温度受多种因素的影响，焦炉生产过程既受连续时间信号驱动，又受离散事件信号驱动，采用常规的控制方法难以将直行温度控制到要求的精度范围内。本文结合焦炉加热控制这样一个复杂的工业过程控制系统，首次分析了焦炉生产过程中的混杂特性，并将智能切换系统理论应用到焦炉加热自动控制中。控制系统能够适应焦炉运行过程中工况的频繁变化，保证了直行温度的稳定性和合理的燃烧状况，提高了焦炭质量，同时对降低能耗、减少环境污染和延长炉体使用寿命都具有重要意义。
李玉森[3]2008年在《煤矿智能电子保护插件测试系统及其建模的研究》文中认为随着煤矿安全生产标准化和电气自动化的进一步发展与提高,煤矿井下电气设备使用了越来越多的电子保护插件,但是现存的电子保护插件测试设备,功能单一,其程序既繁琐又不太准确,因此,研制一种通用的煤矿电子保护插件测试系统有着迫切的社会需要和可观的经济效益。在电子保护插件的测试系统设计过程中,存在着大量的离散事件和连续事件,这个过程具有典型的混杂特性,难以得出具体的数学模型。混杂Petri网是离散事件系统和连续时间系统在同一层次的直接交互,作为一种“数形”结合的建模工具尤其适用于具有混杂特性的系统建模。因此,本文应用混杂Petri网的理论,分别对测试系统关键元件及其测试过程进行了建模分析,同时扩展了混杂Petri网在煤矿电子保护插件测试系统设计中的应用。本文的主要工作有以下几个方面:(1)针对目前煤矿电子保护插件测试设备的现状,设计了适用于矿用电子保护插件检测的煤矿智能电子保护插件测试系统的硬件部分;(2)结合国内外混杂系统理论的研究成果,对测试过程的混杂特性进行了分析,并探讨了混杂Petri网在混杂系统建模领域中所具有的特殊优势;(3)详细地介绍了混杂Petri网的相关知识,结合对测试过程的混杂特性分析,构建了测试系统各个测试模块的混杂Petri网模型;然后利用Stateflow生成的监控逻辑直接嵌入到Simulink模型的方法,对测试模块的混杂Petri网模型进行了阐述,非常有效地对混杂Petri网进行仿真与分析。仿真结果表明,所建立的混杂Petri网模型能够非常准确的描述整个测试过程的动态变化;(4)引入了混杂Petri网模型与软件设计交互思维编制程序的方法,详细地设计了煤矿智能电子保护插件测试系统的软件部分。
白雪[4]2008年在《混杂系统的模型转换与可达性分析》文中研究指明混杂系统是指在同一系统中同时包含连续动态与离散动态,以及两者之间相互影响,相互作用的一类复杂系统。混杂系统理论的研究主要解决其建模、分析以及综合的理论与方法问题。本文在前人研究工作的基础上,对于混杂系统的理论与应用做了进一步的研究和探索。研究的内容主要侧重在混杂系统的模型与分析两个部分。对于混杂系统的模型主要研究了混杂系统的几种典型的模型以及其相互间的转换;对于混杂系统的分析,研究的内容主要包括对混杂系统的稳定性分析和可达性分析。论文的主要工作包括以下的几部分内容:(1)混杂系统的几种模型。主要介绍了几种混杂系统的模型,分析了其结构和相互之间的转换,对其相互的转换进行了实例研究。(2)混杂系统的稳定性分析。主要研究了混杂系统的稳定性问题,介绍了几种混杂系统稳定性的条件,提出了其全局和局部条件,研究了连续分段仿射系统的稳定性条件,并进行了实例研究。(3)混杂系统的可达性分析。主要研究了时间自动机的可达性分析,并将其扩展到混杂系统上,利用矩形自动机的可达性分析方法,对切换系统进行了可达性分析的研究。
岳耀宾[5]2006年在《基于混杂理论的电力系统建模研究与仿真》文中进行了进一步梳理电力系统是分布区域极广，分散性较大的复杂系统。除了表现出高维数、强非线性和多时速特征之外，最突出的特点就是发电过程的动态连续性，输配电系统的代数逻辑约束，以及包含或受离散事件驱动的调度控制过程多目标优化的需求。本文分析了电力系统的混杂特性，结合混杂系统理论知识，对电力系统的动态演变过程建立基于混杂性质的混杂Petri网模型，并利用Matlab／Simulink仿真技术对所建混杂模型进行仿真，通过电力系统微机保护装置模型实例，提出了推理混杂petri网的建模理论。 本文首先回顾了国内外混杂系统理论的研究成果，探讨了混杂理论在电力系统建模研究领域所具有的特殊优势，指出电力系统无论是在稳态运行状态，还是在紧急运行状态以及崩溃状态，其动态行为都呈现为既有基于时间演变的连续动态特性又有基于事件驱动的离散动态行为。通过电力系统的混杂PN的建模分析与仿真的结果，认为利用混杂PN对混杂电力系统建模是非常有效的工具之一。 其次，详细地介绍了Petri网的基本知识，包括PN的基本概念、网的性质和分析方法以及混杂PN的相关知识。根据网的不同功能对扩展PN也有基本的定义和应用，并根据各类网不同的建模能力给出了电力系统中常用的PN模型。 本文还对用于电力系统混杂PN模型的仿真技术—Matlab／Stateflow语言进行了阐述。Stateflow生成的监控逻辑直接嵌入到Simulink模型下，从而实现两者的无缝连接，非常有效地对混杂PN进行仿真与分析，也是本论文的尝试工作。 最后，以电网微机保护系统建模为例，利用本文提出的RHPN建模方法和抽象技术详细地研究了其建模过程，并首次运用Stateflow对保护HPN模型进行仿真，与传统的保护装置模型分析结果比较，验证了保护HPN软模型的有效性，结果表明，所建立保护微机保护系统的HPN软模型能够非常准确地描述保护系统的内部动态行为。
方欢[6]2013年在《Petri网的优化协调控制理论及其应用研究》文中研究说明Petri网作为一种形式建模和系统分析工具，既有直观的图形表示，又可以引入许多数学方法对其性质进行分析，被广泛应用于离散事件系统，如柔性生产制造、交通运输控制、计算机网络等系统中，取得了很好的效果。然而，Petri网在系统性能建模、优化协调等方面的理论还不太成熟，限制了它在事件驱动型调度系统更深、更广层次的应用。本文针对Petri网的优化协调控制理论及其在矿井机车调度系统中的应用进行研究，主要研究工作摘要如下：（1）阐释了基于经典排队论和随机Petri网的性能评价方法的局限性，提出基于层次颜色Petri网仿真的性能评价方法，给出经典排队系统向层次颜色Petri模型转换的步骤和规则。通过CPN Tools的Data Collector工具采集系统仿真时的动态模拟数据，并在此基础上形式化定义一些主要性能指标的数值解计算公式，利用一些经典的排队系统和休假排队系统案例进行案例分析，仿真结果表明了所提出的性能评价方法是有效的和准确的。（2）根据资源分配Petri网系统的RT-回路理论，分析系统运行中死锁与潜在死锁的行为特点，研究在两类相关资源约束下的无死锁调度条件，提出被控系统满足无死锁调度的充分条件和充要条件，并进行形式化的证明。另外，在无死锁调度的基础上，提出系统无死锁标识的最大设置边界集求解算法，并证明了调度策略在最大标识边界设置下的无死锁性。进一步，设计遗传优化算法，给出具体的编码方案和算法步骤。最后，以叁种调度策略下的矿井机车调度系统为例，研究其无死锁优化调度方案，并进行算法仿真，实验结果表明基于Petri网的无死锁优化调度方法是实际可行的。（3）通过拓展变迁（组）公平性定义，对混杂Petri网系统中变迁（变迁组）之间公平关系和同步距离的概念进行定义；利用修剪的IB演化图，给出了混杂Petri网中同步距离的计算算法，证明了变迁公平关系判定的充要条件，同时证明了变迁公平关系、同步距离和修剪的IB演化图之间的联系。针对事件驱动型调度系统中不同对象和行为之间协调控制问题，提出基于同步距离的同步协调控制器设计步骤，并进行举例说明。（4）针对已有的部分可观系统中故障诊断算法的不足，考虑满足故障诊断条件且仅有部分库所可见的系统设计问题，提出故障定位表和监控库所集的确定算法FLT&MPD，并证明该算法解的存在性条件和正确性，同时指出该算法是多项式复杂度的。进而，给出系统运行状态判别的诊断算法SOSD，通过算法SOSD可以对系统状态进行诊断，若有故障发生则可以准确定位发生的故障类型。给出一个复杂的柔性生产系统的部分可观系统设计，以及相关的故障诊断条件，结果表明了提出的部分可观系统设计方法拓展了已有研究结论。（5）将研究的Petri网优化控制协调理论应用于矿井机车调度系统，着重分析了系统的层次颜色Petri网性能建模方法，并通过仿真实验说明了该性能评价模型的有效性；根据基于同步距离的同步协调控制方法设计步骤，给出事件驱动型调度系统中同步协调控制器的定义，并以矿井机车调度系统为例，设计了两类同步协调控制器，实现了机车调度系统中机车运输行为与开采行为的协调，以及保证各类机车发车次数公平性的协调控制；针对矿井机车调度系统中两类典型的故障，通过层次颜色Petri网建立形式化的故障检测与诊断模型，利用在线无二义性的故障诊断算法，给出各种故障进行无二义性诊断的判别条件，从而保障了机车调度系统运行的安全性和可靠性。
邓雪峰[7]2016年在《设施农业物联网系统建模与模型验证》文中研究说明随着信息技术的发展,物联网与农业生产相结合产生了“智慧农业”的概念。农业物联网是“智慧农业”的核心技术。在设施农业中,农业物联网充分发挥了智能感知、自动控制的特点,极大的促进了设施农业的智能化建设,有效地改善了农业生产的条件。农业物联网的系统设计是设施农业系统开发生命周期中一个重要阶段,系统设计阶段产生的缺陷会随着系统开发的深入逐渐被放大。形式化方法是一种基于数学的方法对系统设计进行建模与分析的手段。为减少系统设计时产生的错误,本文对农业物联网的特性进行分析,利用形式化方法中的时间自动机理论在系统设计阶段对系统的设计进行建模与模型验证,提供了保证系统设计正确性的方法。本文的主要研究内容与创新有：(1)研究了农业物联网系统结构设计中的模型验证问题,提出了一种基于时间自动机的农业物联网系统结构设计建模与验证的方法。物联网体系结构模型是物联网系统结构设计的参考,当前提出的物联网体系结构模型仅对系统结构进行了描述,并未提供系统设计正确性的验证手段。本文引入时间自动机作为农业物联网系统结构设计建模与模型验证的基础理论,对农业物联网系统结构设计进行分析,根据农业物联网实施的实际情况,将系统结构划分为感执层、网络层与应用层,分别对每层的各个组成部分进行形式化规约,生成感知设备、执行设备、网络、现场控制模块及云端物联网服务的时间自动机模型,最后利用UPPAAL对建立的时间自动机模型进行了形式化验证；(2)研究了农业物联网网关设计的可靠性验证问题,提出了基于时间博弈自动机的农业物联网网关验证方法。针对农业物联网系统中存在控制信号与数据信息并存的信息传输方式,非可控信息的输入会导致系统的运行产生不确定性,非可控信息与可控信号在传输过程中表现为一种博弈状态,本文就此引入了时间博弈自动机对物联网网关信息传输过程进行建模,通过分析物联网系统中的信息传输方式,将信息传输的参与者与物联网网关分别规约为时间博弈自动机模型,对上传的数据信息与下发的控制信号分别进行分析,最后利用模型验证工具UPPAAL-TIGA对物联网网关信息传输过程进行了验证；(3)研究了农业物联网构成的混杂系统形式化建模问题,提出了一种时间自动机的扩展方案。本文以农业物联网系统中的组合服务为研究对象,组合服务由基础服务组合而成,其中既有离散事件子系统又有连续变量子系统,这使系统表现出混杂性。针对系统中的混杂性建模问题,分析了其产生的原因并将系统进行了优化设计,对时间自动机的状态进行分类,把涉及连续变量输入的状态单独进行了划分,指定这类状态的约束关系及状态转换方法,形成时间自动机的扩展方案。最后利用扩展的时间自动机对真实场景下的农业物联网系统进行了形式化建模与验证。
张悦[8]2008年在《混杂系统建模与控制方法研究》文中指出随着工业控制对象的规模日益复杂以及对控制精度的要求日益提高,工业控制过程中的连续过程动态系统(CVDS)和离散事件动态系统(DEDS)的耦合关系越来越明显,着眼于连续和离散过程之间的耦合作用及其所表现出来的特殊动力学特性,混杂系统(Hybrid System)理论的研究引起了国际控制界的广泛关注。所谓混杂系统,是指系统内存在相互作用的连续时间动态子系统和离散事件动态子系统,其中离散部分在控制中常以调度程序或监控管理者的形式出现,譬如ON/OFF切换开关、阀门、传动装置、限幅器或者选择器,而连续部分则随着时间的发展不断演化,二者相互作用,使系统的运动轨迹在整体上呈现出离散位置的迁移,局部上呈现连续状态的渐进演化。混杂系统狭义上是指一个既包含离散变量,又包含连续变量的系统;广义上是指一个包括相互作用的连续过程和离散过程的系统。本文围绕混杂系统的建模和控制器优化设计展开研究,从混杂系统本身的特点出发,以混杂系统分类模型的建立和相应模型控制方法的实现为研究目标,综合运用自动机、Petri网、并行投影结构(Projection Construct)等离散事件系统分析方法以及广义预测控制算法(GPC)、多模型控制、模糊监督等连续时间系统分析方法,从系统模型的建立、控制器的优化设计和简化方面进行了深入探讨和分析,在混杂系统的离散建模方面、混合逻辑动态(MLD)模型的控制、切换模型混杂系统控制、混杂系统控制方法的推广方面提出了一些新的思路和方法。1.针对一类从整体上更能体现出离散事件系统特点的混杂系统,以混杂系统自动机建模理论为基础,结合一种特殊的并行投影结构,提出了针对这类混杂系统的推广自动机模型。该模型着眼于连续状态空间的划分。并行投影结构有效的处理了离散事件动态子系统和连续变量动态子系统之间的接口问题。该方法获得的混杂系统模型用图形的方式表示,简单直观,容易理解。并借助于Matlab环境中的Stateflow,给出了该类模型的仿真方法。2.针对混合逻辑动态模型的特点,将经典广义预测控制算法的被控对象进行了扩展,引入了代表离散事件行为的开关量,用混合整数二次规划算法对该控制方法进行求解,并且在此基础上,对于带约束条件的混杂系统的控制问题也进行了研究。3.根据混杂系统的切换系统模型,提出了应用多模型控制的方法实现混杂系统控制的思想,借助于基于隶属度加权的模糊监督控制思想,设计了适用于混杂系统的监督控制器,在该监督器的作用下,实现了控制系统中局部控制器之间的切换,并且使扰动达到最小,之后采用Lyapunov稳定性定理及推论,求解矩阵不等式组,对其全局稳定性提出了判定方法。4.将前面提到的MLD模型和GPC相结合的控制方法,应用到多模型系统的控制当中,将多模型控制系统等效为混杂系统的切换模型,根据工况点引入相应的逻辑量,用带有线性不等式约束的统一表达式代替多模型系统中的典型工况点模型。这样做的最大好处是降低了模型切换时的扰动,减少了控制器的数量。通过对典型多模型对象的仿真验证了该方法控制效果很好。5.结合风力发电系统中风力机的特点,针对其混杂特性,将前面提到的控制方法应用到风力机的全工况控制当中。
赵剑[9]2008年在《基于模型诊断及其在动态系统中的应用》文中研究表明基于模型的诊断是为了克服传统故障诊断方法的缺点而兴起的一项新型的智能推理技术,是人工智能领域中一个十分活跃的研究分支,目前,静态模型诊断的发展已经非常成熟,模型诊断的研究热点开始转向动态系统,各国学者也在尝试用不同的方法来进行动态模型诊断,它是一个开放问题。另外,有些时候虽然可以得到诊断,但是却错过了及时纠正的时机,所以诊断的实时性也一直是人们关注的问题。因此本文研究的重点是目前应用最广泛的动态系统之一的混杂系统的实时故障诊断问题。本文工作主要是围绕MBD的基础理论和混杂系统故障诊断而展开的,提出基于故障行为模型诊断方法;实现了基于模型诊断过程中对混杂系统的模型建立过程;研究基于突变、缓变两种故障行为的模型诊断工作;以及故障行为模型诊断方法的系统实现等,最后对混杂系统的模型诊断技术的发展做了展望。
仇宁海[10]2007年在《轨道交通安全系统多维时空模型的研究及应用》文中提出中国轨道交通在快速发展的同时,也面临新的挑战——如何在复杂多变的运营环境下,保证轨道交通系统的安全性和可靠性,并不断提高系统的服务水平和舒适度?而安全作为轨道交通系统的关键问题,使得轨道交通安全系统已成为目前研究的热点之一。本文对轨道交通安全特性进行了针对性分析,确定了影响轨道交通系统的四个安全因素,并根据轨道交通安全系统的系统构成,对系统的对象实体进行了定义。在分析轨道交通安全系统是一种具有混杂和时空特性的复杂系统的本质特点基础上,建立了一种轨道交通安全多维时空模型,该模型由叁个子模型组成,包括轨道交通时空动态系统模型——面向轨道交通安全系统的安全因素和结构单元关系的动态行为的描述;轨道交通安全时空仿真模型——面向轨道交通安全系统的动态行为模拟和再现;轨道交通安全时空数据模型——面向轨道交通安全系统的仿真和系统实现。这叁个子模型之间有机联系,是在不同的层面上对轨道交通安全系统的描述,在一定程度上解决了轨道交通安全系统在系统演化规律、安全预警、信息处理等方面所面临的问题。本文依据多维时空模型对轨道交通安全系统进行了时空动态演变的仿真实验,并进行了实验对比。仿真结果表明,该多维模型能较好地演绎轨道交通安全系统的动态行为,验证了该模型具有一定的有效性和准确性,并结合在青藏铁路综合监控中心系统中的应用,说明该多维模型具有为应用系统提供了一种安全保障辅助决策支持的功能。最后对本文进行了总结,提出了下一步有待解决的问题。
参考文献：
[1]. 智能混杂系统建模、分析理论及应用的研究[D]. 叶阳东. 铁道部科学研究院. 2002
[2]. 切换系统建模、控制理论与应用研究[D]. 高军伟. 铁道部科学研究院. 2003
[3]. 煤矿智能电子保护插件测试系统及其建模的研究[D]. 李玉森. 青岛科技大学. 2008
[4]. 混杂系统的模型转换与可达性分析[D]. 白雪. 北京化工大学. 2008
[5]. 基于混杂理论的电力系统建模研究与仿真[D]. 岳耀宾. 山东科技大学. 2006
[6]. Petri网的优化协调控制理论及其应用研究[D]. 方欢. 合肥工业大学. 2013
[7]. 设施农业物联网系统建模与模型验证[D]. 邓雪峰. 中国农业大学. 2016
[8]. 混杂系统建模与控制方法研究[D]. 张悦. 华北电力大学（河北）. 2008
[9]. 基于模型诊断及其在动态系统中的应用[D]. 赵剑. 吉林大学. 2008
[10]. 轨道交通安全系统多维时空模型的研究及应用[D]. 仇宁海. 北京交通大学. 2007