承艳[1]2015年在《基于Petri网的自动制造系统稳健监督控制器研究》文中认为一个自动制造系统通常由计算机控制,利用有限的资源如机器人、自动小车(AGV)、缓冲器、机床等按照预先设定的工艺路线并行地生产加工不同类型的工件。这些并行加工进程对有限资源的竞争造成的循环等待往往会导致系统死锁,其带来的额外损失甚至是灾难性的。因此,死锁研究在自动化领域一直都是一个研究热点。在过去的几十年里,很多的学者对死锁课题展开了深入研究。为了简便起见,大多数研究都预先假设系统资源是不会损坏的,然而事实恰恰相反。在一个自动制造系统中,资源故障随处可见,任意一个细微的错误都有可能导致资源出现故障,单个资源的损坏甚至可能让整个系统陷入崩溃状态,从而造成不可估量的经济损失。本论文考虑到系统资源可能出现损坏的事实,提出了一个分布式控制方法,以实现在避免死锁的条件下自动制造系统稳健性提升以及系统性能改善的目标。系统资源根据其是否容易出现故障被分为不可靠资源和可靠资源。在Petri网的框架下,我们提出了一个动态的分布式搜索算法,不同于传统的计算所有可达状态的方法,该方法仅仅通过在线核查系统资源用量即可实现死锁避免,从而规避了状态爆炸的问题。基于该死锁避免算法,本文提出了一个保障系统稳健性的控制算法,保证在系统出现资源故障时,不需要用到该不可靠资源的进程可以继续平稳地运行而不会被阻塞,从而大大提高自动制造系统的生产效益。为了改善系统性能,我们设计让托肯与托肯之间前进步数之差为最小,从而提高各进程之间的并发性。本文主要提出了这叁个算法,分别解决了死锁、稳健性以及并发性问题。每次执行这些算法后,我们可以得到一个允许发射的变迁集合,但是一次有且仅有一个变迁是可以发射的。每当变迁发射后,系统到达一个新的状态,这叁个算法将重新按照顺序依次执行。因此,我们可以得到一个恰当的事件发生序列,将系统引向一个我们所期望的状态。本论文以Petri网为理论研究工具,致力于带有不可靠资源的自动制造系统中稳健性保障问题的研究,提出了一个在保证系统无死锁条件下系统不会因为不可靠资源的损坏而阻塞的稳健性控制算法,并进一步改善了系统的性能。
郝林[2]2002年在《基于Petri网的自动制造系统的死锁分析》文中研究表明论文针对自动制造系统的一般特点，提出了一种基于Petri网的死锁避免算法。该算法在不穷举网系统的全部可达标识的前提下，首先计算出网系统的一些特殊标识，即所谓的死锁标识、坏标识和危险标识。由于在坏标识下，系统将必然发生死锁；而在危险标识下，系统只是有可能死锁。所以论文中提出的死锁避免算法通过控制危险标识下使能变迁的发射，来保证整个系统是无死锁的。新算法只是计算出网系统的部分可达标识图，它在保证系统是无死锁的前提下最大限度的降低了对系统的约束并且适用于一般网的情况，因而它比现有的方法具有更大的实用性。 正如论文中所提到的，如何判定标识的可达性是新的死锁避免算法中所要解决的关键问题。因此论文提出了用矩阵方法求解Petri网的库所不变式、变迁不变式和状态方程的新方法；并将Grobner基理论引入Petri网的分析领域；而且还对非循环网的可达性问题作了深入的分析。综合这些方法，文章最后总结了一套系统的方法用以解决Petri网的标识可达性问题。在整个的研究过程中，论文总结和归纳了许多有用的概念和结论，而且这些概念和结论对于其它的Petri网分析也是普遍适用的。
赵咪[3]2009年在《基于一般Petri网的自动制造系统活性控制器设计》文中研究说明死锁是自动制造系统控制系统设计时必须考虑和解决的问题.死锁造成系统整体或局部的停顿,在有些情况下,并不是单纯地降低生产率,而是可能造成重大经济损失甚至灾难性后果.资源分配系统中死锁的产生一般认为需要四个必要条件:相互抑制、持有并等待、非剥夺条件和循环等待.研究表明,这四个条件中的前叁个在实际制造系统中往往是成立的,因此,自动制造系统中抑制死锁产生的途径是使系统的资源分配策略永远不要产生循环等待现象. Petri网是对离散事件系统进行建模和分析的主要数学工具之一,基于Petri网的自动制造系统的死锁处理方法大致可分为叁种策略:死锁检测与恢复、死锁避免和死锁预防.死锁检测与恢复策略允许系统出现死锁,一旦检测到系统处于死锁状态,通过重新分配资源使系统恢复到正常状态.死锁避免使用一种在线的资源分配机制,使系统不能进入死锁状态.死锁预防策略通过离线计算事先建立一种方法来控制资源的请求,从而保证系统不会发生死锁.本文运用一般Petri网子类(S4PR网和G-systems网)对自动制造系统建模分析,提出了几种死锁预防策略.主要研究工作如下:第一,提出了基于基本信标的死锁预防策略,在已知Petri网系统全部严格极小信标的情况下求取网中的基本信标,且只对其添加控制库所,通过调节基本信标的控制深度变量来保证从属信标最大可控,从而获得活性Petri网控制器.该算法能有效地减少控制库所的数量,即减少了受控网系统的结构复杂度,使系统能发挥更好的动态性能.第二,提出了基于基本信标的显式优化控制策略,首先该策略有效地利用基本信标概念对网系统添加控制库所,然后运用控制器输出弧位置优化算法,使得受控网系统能获得的许可行为性趋于最优.第叁是死锁预防的隐式优化控制策略,该策略不需要添加任何控制库所,仅通过正确配置闲置库所和资源库所之间托肯数的关系,并且求解这些约束关系式来获得最优解,从而获取活的网系统.最后,基于混合整数规划方法(Mixed Integer Programming, MIP),提出了两种死锁控制策略, MIP算法避免求取网系统中所有的严格极小信标,在计算方面可以大大降低复杂度.第一种策略首先运用MIP获得一个最大的死信标,从该死信标中导出一个极小信标,再结合基本信标概念,只对基本信标和不受控从属信标添加控制库所.该迭代算法仅需添加少量的控制库所和有向弧即可获得活性Petri网控制器.第二种策略是两阶段的活性控制器设计迭代算法,通过信标控制和导出信标控制两个阶段使系统不会产生新的死信标从而保证了控制器的活性.本文的研究工作对于Petri网理论以及以Petri网为分析工具的离散事件监督控制理论均具有重要的意义.
喻均文[4]2011年在《基于Petri网的柔性制造系统的网简化技术研究》文中研究指明柔性制造系统中共享资源的分配不当是死锁产生的主要原因。一旦出现死锁,系统生产就会出现停顿,从而导致昂贵设备的生产率低下,造成生产企业的经济损失,有时候甚至会造成灾难性的后果。有效处理系统的死锁问题是保证制造系统获得高生产率的前提条件,因此,寻找有效的方法来预防和控制柔性制造系统中的死锁已经成为近年来研究的热点。Petri网是一种重要的建模工具,能够描述资源共享、互斥、并发和冲突等,而且在计算方面也表现出了优越的性能,相比于自动机等建模工具具有明显的优势,因而成为研究柔性制造系统死锁问题的主要建模工具。S3PR网是柔性制造系统Petri网模型的一个重要子类,也是大多数学者研究柔性制造系统死锁问题通常采用的模型。本文的研究工作基于S3PR网,主要集中在降低活性Petri网控制器的结构复杂性、提高其行为许可性,同时降低求解活性控制器的计算复杂性。本文的主要研究成果如下：1.现有的死锁控制策略通常是基于信标来添加控制库所,最终得到活性的控制器。本文通过分析基于信标的死锁控制策略中添加的控制库所的特点,提出了一种基于信标资源排序的控制库所冗余性检测方法。现有的死锁控制策略得到的活性Petri网控制器中往往含有冗余控制库所,而本文提出的方法的优点在于能够剔除最大数量的冗余控制库所,且与检测控制库所冗余性的顺序无关,最终得到的活性控制器具有较简单的结构和较多的许可行为。2.本文提出了一种基于必需控制库所设计优化控制器的的方法。在一般情况下,此法得到的活性控制器在行为许可性和结构复杂性方面有较好的性能。特别是当输入的活性控制器中含有多组必需控制库所的时候,此法得到的控制器在行为许可性和结构复杂性方面的优势更加明显。最优控制器的求解一直是设计活性Petri网控制器的研究热点。文中的两个柔性制造系统实例表明本文方法得到的优化控制器能以较简单的结构得到接近最优的行为许可性。最后,在总结全文的基础上,对基于Petri网的柔性制造系统活性控制器简化技术的未来研究工作进行了展望。
张志明[5]2010年在《柔性制造系统死锁预防的Petri网控制器综合》文中指出在柔性制造系统中,使得共享资源利用率最大化来提高系统生产率是系统设计中的一个重要问题,然而由于共享资源的分配不当会导致死锁的产生,造成长时间停机和昂贵设备利用率低下等损失。因此,柔性制造系统中的死锁问题已成为近年来的研究热点之一。Petri网以其对并发行为有效描述的优势和严谨的数学基础成为了对离散事件动态系统建模的主要工具,而柔性制造系统作为一类典型的离散事件动态系统,其死锁问题被越来越多的研究者在Petri网理论框架下建模和分析。死锁问题的研究主要分为叁个方向：死锁检测及恢复、死锁避免和死锁预防,分别针对死锁的诊断、在线控制和离线控制进行分析和设计。而死锁预防以其离线控制而节约在线计算成本的优势为大多数研究者所亲睐。死锁预防控制策略的优劣往往以如下叁个方面的性能作为评估标准：行为容许性,计算效率和控制器结构复杂性。基于Petri网的理论框架,本文在前人研究工作的基础上,针对不多类型的柔性制造系统,提出多种有效的死锁预防控制方法,具体包括：(1)针对一般性的柔性制造系统,给出了操作库所标识最小化的概念,并在此基础上给出了一种仅需计算必要信标的混合整数规划算法。然后引入传统的迭代控制算法并加以改进,提出了一种必要信标的顺序迭代控制死锁预防策略。该策略只需计算和控制最必要的信标,因此大大减少了控制器的个数；而改进的迭代控制算法保证了系统的最大容许性,使得共享资源的利用率最大化；每一次迭代只需求解一次线性整数规划,从而有效地提高了计算效率。而且在顺序迭代控制过程中,提出了一种多项式时间复杂度的控制器转换算法,可以避免因网络转换产生的控制器冗余。该死锁预防策略经标准例子验证在总的控制性能上优于目前存在的其它死锁预防控制策略。(2)针对一般性的柔性制造系统,在提出的必要信标顺序控制算法的基础上,提出了信标互补库所集标识约束的迭代信标控制策略。其中,每次迭代通过控制必要信标的互补库所集的标识来控制该信标,使得所需的控制器全部为普通控制器,从而避免了网络转换；在控制器设计完毕后,提出了一种改进的冗余控制器检测法,该算法在使最终所需的控制器个数最小化的基础上提高了冗余检测的计算效率。该死锁预防控制策略经标准例子验证能保证在次优的容许性能上获得最少的控制器个数,而且计算效率也较高。(3)将已有的缓冲器预分配和分隔死锁预防技术扩展运用到一类更广泛的柔性制造系统中,并定义了两类Petri网子网来阐述该技术的扩展运用。进而,将缓冲器分隔技术做出改进提出了一种更有效的缓冲器预分配和分隔相结合的死锁预防算法。该算法通过对最少的缓冲器做出分隔,因此比传统对每个缓冲器进行分隔的算法能获得更多的许可行为,也比传统的算法适用的范围更广；此外,该算法和已报道的其它死锁策略相比,有着更好的鲁棒性,可以节省因系统初始状态频繁改变而需重新设计控制器带来的时间和硬件上的损耗。(4)提出了一种基于严格极小信标不变的网络转换算法。该算法可以在保持活性不变的情况下将本文提出的一类Petri网子网转化为另一类广为研究的子网,而且网规模大幅度减少更便于计算和研究。而后,针对一类带有缓冲器的柔性制造系统,通过将缓冲器预分配技术和本文提出的网络变型算法及迭代信标控制算法相结合,提出了一种混合死锁预防控制策略。经几个典型的例子验证,该策略具有很高的计算效率,需要很少的控制器并且具有良好的容许性；可视为对控制策略的叁大性能做出了很好的权衡。最后,在总结全文的基础上,对柔性事件系统死锁预防的未来工作进行了展望。
范景杨[6]2014年在《基于时间调度的柔性制造系统控制器设计》文中研究说明死锁是柔性制造系统中一个不容忽视的问题,本文致力于Petri网框架下死锁控制策略的研究。在现有的死锁控制方法中,无论是基于结构还是基于可达图,都需要在原型Petri网的基础之上添加一定量的控制库所。由于一个Petri网的规模与其节点数及初始标识呈指数关系,这使得受控网系统的结构复杂度和计算复杂度都急剧增大。针对这一问题,本文利用区域理论中的事件分离事例思想,限制模型的状态从网系统中的有效行为ML进入禁止行为MF中,通过引入时间调度的概念给变迁添加时间约束,实现加工进程的合理调度,从而有效地剔除了系统中的非法标识。由于在系统的设计和规划阶段就已经剔除了所有可能的死锁状态,有效地避免了死锁造成的系统停滞。可达性分析是一种被广泛应用于Petri网模型分析的方法,而死锁控制在可达性分析中属于一类禁止状态问题。在本文中,通过对Petri网系统计算生成完整的可达图,借助于区域理论将全部的可达状态分为死锁标识(deadlock)、坏标识(bad marking)、危险标识(dangerous marking)、好标识(good marking)四类。其中,危险标识和好标识构成一个网系统的最大许可行为。为了剔除网系统中的禁止行为MF来获取活性Petri网控制器,需要遍历出系统中全部的状态变迁分离事例,不同于区域理论中利用添加控制库所来限制导致死锁的变迁发射,文中通过给同时使能的变迁添加时间约束实现变迁发射的强可调度性,进而避免了系统中的局部孤立自环LIL(local isolated loop)、死锁标识以及必然会导致死锁的坏标识的出现,实现了柔性制造系统死锁预防的目的。本文通过对一定量的Petri网模型进行活性分析,发现了可达图中存在一种局部孤立自环现象并给出了相关定义。从Petri网动态活性的角度分析,局部孤立自环中所有的状态都是动态流动的,不存在死锁现象,但是局部孤立自环的存在和系统中死锁状态一样会导致系统的停顿故障。文章的最后给出了该控制策略的算法描述,通过两个柔性制造系统的应用实例来说明控制器的设计过程,并探讨了该方法在LS3PR网中的应用。
黄忠华[7]2007年在《自动制造系统中的无死锁调度与控制》文中研究指明为了生存和发展,越来越多的现代化企业把柔性制造系统作为提高他们竞争能力的有效手段。然而在这种自动化制造系统中资源高度共享,当工件进入系统并竞争有限资源时,如果缺乏有效的调度和控制方法,就会发生死锁现象。死锁现象给自动制造系统的生产能力带来巨大的损失,对死锁的有效处理是获得高生产率的必要条件。由此,制造系统中的死锁问题受到学术界和工业界的广泛关注。本文针对制造系统中的死锁问题,从制造系统的调度和控制着手,运用利用Petri网或图论模型对不同类型的自动制造系统进行建模,并在此基础上提出了多种无死锁调度算法和死锁避免方法。1.提出了一种基于Petri网和遗传算法的无死锁调度算法,并把该算法用于无缓冲区的单资源分配系统(即无缓冲Jobshop问题)和多资源分配系统。该算法对Petri网中的变迁序列进行编码,并在染色体解码过程中引入了不可行解的修复过程,利用高效死锁检测算法,调整染色体中变迁的触发序列,从而使得更多的变迁可以得到顺利触发,改善种群中染色体的质量,提高搜索效率。对调整基因序列后仍然不可行的解,通过增加惩罚项降低其适应度,以避免调度算法收敛于不可行解。利用文中提出的方法可以得到一个无死锁的加工次序,且能够保证系统获得最优或近优的性能指标。2.利用有向图论方法对考虑中央缓冲区的制造系统以及具有特殊缓冲结构的轨道导引小车搬运系统建立了有向图模型,并在此基础上提出了基于图论和遗传算法的无死锁调度方法。对于考虑中央缓冲区的制造系统,所提出的算法在染色体的解码过程中嵌入了一种基于图论的死锁检测算法来调整工件对资源请求序列以使更多事件可以发生。由于考虑缓冲区时的系统结构的特殊性,利用死锁检测算法对染色体中的基因序列进行调整后,可以保证得到的解总是可行解。本文提出的无死锁调度算法可以解决制造系统中含有在不同数量的中央缓冲区时的无死锁调度问题,从而为缓冲区容量的设计提供了依据。对于一类轨道导引小车具有双输入双输出特殊结构缓冲区的物料传输系统,本章中给出了综合考虑系统死锁和调度问题的优化算法。利用有向图模型对该系统提出了有效死锁避免规则,并在此基础上给出了基于遗传算法的无死锁调度方法,以使轨道导引小车在最短的行程内完成工件输送任务。3.提出了两种改进银行家算法用以避免自动制造系统中的避免现象。第一种方法运用有向图模型对单资源请求的自动制造系统进行建模,在此基础上对每一个子图按照一定的次序分别应用局部银行家算法。这种方法比传统的集中式银行家算法需要更少的在线计算时间,却能保证相同的柔性。针对有向图难以描述的具有柔性路由和多资源请求的制造系统,文中提出了第二种基于Petri网模型的改进银行家算法。该死锁避免策略采用了两种途径以减少安全性检查的计算量。首先在活动加工路径中引入了可退出库所。其次,在银行家算法的每一次迭代过程中,只在最短距离活动进程集合中而不是所有的进程中,寻找可退出的进程,这样可以减少无意义的搜索过程。4.从有向图模型的结构特点出发,提出了新的用于柔性制造系统的分布式死锁避免策略,它是对原有算法的一种改进。首先对整个制造系统建立有向图模型,并对该模型进行分解成多个子系统,然后对每个独立子系统加入相应的局部死锁避免策略以控制死锁的发生,这样使得整个系统的死锁避免更加简洁方便。文章中给出了死锁避免策略的柔性以及计算复杂度,结论表明本文提出的方法比原有的死锁避免算法能使系统运行在更大的容许状态空间中,即在避免死锁的同时,能使更多的工件在系统中同时进行加工操作,从而提高机器设备的利用率。5.对带有不可控和不可观变迁Petri网模型,提出了一种基于禁止弧Petri网及区域理论的控制器综合方法,以解决系统中的死锁问题。该方法根据Petri网的可达图,计算得到最大容许的活性状态空间和所需要禁止的状态转化集合。为禁止系统进入危险区域(死锁状态或者潜在死锁状态),并保持活性空间的最大可达性,在Petri网中增加控制库所及和其相连接的禁止弧。
周刚[8]2007年在《一种柔性制造系统死锁控制器的行为优化研究》文中认为柔性制造系统中对有限资源的竞争会使系统产生死锁现象。Petri网作为一种建模分析工具,它能很方便地为柔性制造系统建模并分析和解决这一死锁问题。目前死锁预防方法大都是在目标Petri网模型中增加控制器,它由新的控制库所和相关弧构成。Ezpeleta死锁预防算法是通过给造成死锁的每一个严格极小信标添加控制库所和连接弧来保证没有信标被清空。但随着网规模的增大,极小信标的数目会以指数级的规模激增,其缺点是给网系统添加了过多的控制库所和连接弧,这样会使最终网系统比初始网系统复杂很多。基于基本信标理论的死锁预防算法虽然使得控制器的结构有所简化,但它是一种保守的控制策略,它把监督库所的输出弧前提,结果使得受控网的许可行为有所减少,最终影响控制效果。本文致力于一种优化控制器的行为研究,它在得到更为优化控制效果的同时能进一步减少新添加控制库所数量。本算法可以产生结构上更为简单、同时许可行为更多的受控网模型。通过对几种不同规模的柔性制造系统的死锁分析得知本文算法的优越性在规模越大的网中越明显。
杜楠, 胡核算[9]2018年在《自动制造系统的稳健控制方法的综述》文中提出随着科学技术的快速发展,制造自动化在制造工厂已经成为一个主流方向.在过去的几十年中,研究人员已经对自动制造系统的死锁问题做了大量的研究.但是大多数解决方案总是假设分配的资源不会故障.然而,任何一个制造研究者都知道,资源故障来自各种各样的原因,包括工件破损、传感器故障、零件缺失和电器失灵等.显然,一旦资源发生故障,后续加工路径中需要使用这个故障资源的进程将停滞,不能完成其加工生产,直到故障资源被修复.那些不使用故障资源的支路也会被发生停滞的进程所阻塞.最坏的情况就是一个简单的资源故障可能会导致整个系统的崩溃.因此,制造系统中的资源故障问题急需解决.通过分析大量的文献资料,本文对解决死锁和阻塞问题的控制方法做了系统的总结研究.同时,对本文提出的稳健无死锁控制策略以及亟待开展的研究工作做了详细的介绍.
马晓海[10]2009年在《一种基于传递矩阵的死锁检测和预防策略》文中研究表明利用Petri网对柔性制造系统进行设计一直是Petri网研究的重要方向。对于一个网模型而言,找到死锁节点,利用一定办法对其死锁节点进行控制,使其网变活,是一种良好的控制策略。在这篇文章里,我们提到了一种新的死锁检测方法,利用传递矩阵这一新的死锁查找办法,得到S~3PR网的死锁节点,然后结合P-不变式控制原理,对网添加控制库所和相应控制弧,使得S~3PR网最终是一个活的Petri网模型。这种新的死锁查找方法是在研究0-1网的基础上得到的,并把它推广应用到任何普通网内,与P-不变式控制原理相结合形成新的Petri网死锁检测和预防策略。该策略可以利用Matlab软件编程去进行矩阵计算,从而可大大节省计算时间,使控制器的设计相比于以前的查找死锁办法更简单,效率更高。因此利用这种新的死锁检测和预防策略可以在较短的时间里得到一个优化的Petri网模型。
参考文献：
[1]. 基于Petri网的自动制造系统稳健监督控制器研究[D]. 承艳. 西安电子科技大学. 2015
[2]. 基于Petri网的自动制造系统的死锁分析[D]. 郝林. 西安电子科技大学. 2002
[3]. 基于一般Petri网的自动制造系统活性控制器设计[D]. 赵咪. 西安电子科技大学. 2009
[4]. 基于Petri网的柔性制造系统的网简化技术研究[D]. 喻均文. 浙江工商大学. 2011
[5]. 柔性制造系统死锁预防的Petri网控制器综合[D]. 张志明. 浙江大学. 2010
[6]. 基于时间调度的柔性制造系统控制器设计[D]. 范景杨. 西安电子科技大学. 2014
[7]. 自动制造系统中的无死锁调度与控制[D]. 黄忠华. 上海交通大学. 2007
[8]. 一种柔性制造系统死锁控制器的行为优化研究[D]. 周刚. 西安电子科技大学. 2007
[9]. 自动制造系统的稳健控制方法的综述[J]. 杜楠, 胡核算. 控制理论与应用. 2018
[10]. 一种基于传递矩阵的死锁检测和预防策略[D]. 马晓海. 西安电子科技大学. 2009
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