【摘要】：柔性制造系統(tǒng)(FMSs)是由數(shù)控機床、緩沖器、夾具、機器人、自動導向小車(AGV)以及其它材料處理設備構成的計算機控制系統(tǒng)。其中一部分被視為該柔性制造系統(tǒng)的共享資源。而并行加工過程對這些有限資源的競爭會導致死鎖的出現(xiàn),會極大地降低生產(chǎn)效率。因此,對死鎖的分析與控制勢在必行。Petri網(wǎng)由于具有簡約和規(guī)范的表達形式,在柔性制造系統(tǒng)的建模、分析和控制中得到了廣泛的應用和發(fā)展。近年來,研究者提出了大量基于Petri網(wǎng)的控制策略。通常,評價這些策略的性能指標主要有三個：行為許可性、結構復雜度以及計算復雜度。從技術角度看,這些策略主要通過結構分析和可達圖分析來實現(xiàn)死鎖控制�；诮Y構分析通過信標或資源變遷環(huán)路來獲得活性控制器,通常計算效率較高但卻限制了系統(tǒng)的部分許可行為。而基于可達圖分析往往可以獲得具有較高許可行為的次優(yōu)或最優(yōu)活性控制器。但由于要枚舉部分或全部可達圖而存在狀態(tài)爆炸問題。本論文致力于研究柔性制造系統(tǒng)可達狀態(tài)的高效求解方法及活性控制器設計。主要的研究成果如下：1.針對一類被稱作Pipe-line Nets(PLNs)的子網(wǎng),提出了一種高效的基于P-不變式和嚴格極小信標計算可達標識集的新方法。首先,根據(jù)極小P-半流求得系統(tǒng)的不變式標識集,其中由于系統(tǒng)共享資源的存在而可能包含偽標識,并由資源環(huán)路求得嚴格極小信標。其次,通過分析嚴格極小信標中操作庫所的標識數(shù)與其界的關系,給出判定偽標識的一個充分必要條件,并根據(jù)該條件求得所有的偽標識。最后,通過剔除不變式標識集中的所有偽標識來獲得PLNs的可達標識集。試驗結果驗證了基于P-不變式和嚴格極小信標計算可達標識集的高效性。2.將基于P-不變式和嚴格極小信標計算可達標識集的方法擴展到比PLNs更一般的具有特定資源庫所的LS3PR網(wǎng)系統(tǒng)中。通過分析嚴格極小信標中操作庫所的標識數(shù)與其界的關系,給出判定偽標識的一個更一般的充分必要條件,并根據(jù)該條件求得不變式標識集中所有的偽標識。最后,通過剔除不變式標識集中的所有偽標識來獲得LS3PR網(wǎng)的可達標識集。實例分析驗證了該方法的有效性。3.大多數(shù)已有的Petri網(wǎng)死鎖預防策略都是通過添加控制庫所來解決死鎖問題�；诳蛇_圖分析,可以獲得最大許可行為的活性控制器使得所有合法標識可達并禁止所有首遇壞標識。本文基于可達圖分析,提出了一種通過添加控制變遷來將死標識轉(zhuǎn)化為合法標識的死鎖控制策略,其中保留了所有的系統(tǒng)行為而不引入新的系統(tǒng)狀態(tài)。為了降低控制器的結構復雜度,本文提出了一種集合覆蓋方法來減少控制變遷的數(shù)目。該控制器保留了系統(tǒng)的所有的行為并將死標識轉(zhuǎn)化為合法標識,保證了系統(tǒng)活性并且可達狀態(tài)最多,因此是一個最優(yōu)的活性控制器。與已有的基于控制庫所的死鎖預防策略相比,該策略下系統(tǒng)具有更多的許可行為。4.針對S3PR網(wǎng),提出了一種死鎖避免策略,其中只禁止使嚴格極小信標清空的變遷發(fā)射。通過分析可達圖中的標識,給出該策略可以獲得最大許可行為活性控制器的充分必要條件。最后得出當一類被稱作弱從屬S3PR網(wǎng)的子網(wǎng)滿足一定的結構條件時,該策略可以獲得最大許可行為的活性控制器。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH165

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