信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems,CPS）是一類融合了信息處理過(guò)程與真實(shí)物理環(huán)境進(jìn)程于一體的分布式實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng),包含計(jì)算、通信與控制三大功能。它不僅可以對(duì)物理環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)感知,還能夠通過(guò)計(jì)算與通信實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的動(dòng)態(tài)控制。CPS擁有傳統(tǒng)系統(tǒng)難以企及的優(yōu)勢(shì),是工業(yè)4.0中實(shí)現(xiàn)智能制造的核心與關(guān)鍵之一。CPS系統(tǒng)復(fù)雜,功能強(qiáng)大,這為它帶來(lái)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也為其研究帶來(lái)了困難與挑戰(zhàn)。組成CPS的子系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能及開(kāi)發(fā)語(yǔ)言方面都有所不同,且它們之間存在大量的交互與協(xié)作,再加上需要對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,增加了其復(fù)雜程度。因此,需要采用適當(dāng)?shù)慕７椒?對(duì)CPS的性質(zhì)與功能進(jìn)行合理的描述,并進(jìn)行有效的驗(yàn)證。Petri網(wǎng)擁有直觀地表達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及描述異步并發(fā)事件的能力。而時(shí)間Petri網(wǎng)在此基礎(chǔ)上增加了時(shí)間因素,可用于對(duì)分布式的實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行建模,但對(duì)空間因素難以進(jìn)行有效的表達(dá)。本文針對(duì)經(jīng)典時(shí)間Petri網(wǎng)的不足,向其添加對(duì)空間信息的描述,使其具備描述物理實(shí)體位置變遷的能力,構(gòu)造一種擴(kuò)展的時(shí)間Petri網(wǎng)模型——時(shí)空Petri網(wǎng)STPN,并研究其對(duì)CPS進(jìn)行建模的方法等。本文... 

【文章來(lái)源】：桂林理工大學(xué)廣西壯族自治區(qū)

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

CPS基本功能邏輯單元

桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文7監(jiān)測(cè)感知單元：監(jiān)測(cè)感知單元由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成，用于獲取系統(tǒng)中物理實(shí)體以及其周圍物理環(huán)境的信息，并將采集到的信息作為控制算法的輸入傳輸給決策控制單元以得到控制指令。決策控制單元：決策控制單元負(fù)責(zé)處理與分析由監(jiān)測(cè)感知單元傳來(lái)的信息，根據(jù)控制規(guī)則部署監(jiān)測(cè)任務(wù)以及產(chǎn)生出相應(yīng)的控制命令，并將命令發(fā)送至驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，使其進(jìn)行相應(yīng)的操作。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元：驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元由若干執(zhí)行器組成，執(zhí)行器在接收到由決策控制單元發(fā)來(lái)的控制指令后，按照預(yù)先設(shè)定的計(jì)算規(guī)則對(duì)其進(jìn)行處理，并實(shí)施相應(yīng)的動(dòng)作，以控制物理實(shí)體，改變物理世界的環(huán)境。圖2.2描述了一個(gè)信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（Cyber-PhysicalProductionSystems,CPPS）的體系結(jié)構(gòu)，作為CPS體系結(jié)構(gòu)的代表。一個(gè)完整的CPS體系可以分為決策層、感控層與通信層三部分。圖2.2信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文12統(tǒng)中的多個(gè)Agent之間在在邏輯上彼此相互獨(dú)立的，它們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享資源，參考相鄰其他Agent的狀態(tài)進(jìn)行任務(wù)的分配以及資源的獲取，做出最高效的策略以及最合理的安排，通過(guò)彼此協(xié)作的方式完成復(fù)雜的任務(wù)。一個(gè)多Agent的CPS結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。文獻(xiàn)[41]基于合作博弈Agent對(duì)一個(gè)納米纖維生產(chǎn)設(shè)備的CPS應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行建模。文獻(xiàn)[42]基于Agent對(duì)一個(gè)智能電網(wǎng)的CPS進(jìn)行了研究。CPS與Agent具備的相似的特性有自主性、反應(yīng)性、主動(dòng)性、交互性、分布性，可以說(shuō)Agent擁有了CPS大部分的性質(zhì)，但是對(duì)于CPS極其關(guān)鍵的時(shí)空一致性、高可靠性卻很難用多Agent系統(tǒng)來(lái)描述出來(lái)。多Agent系統(tǒng)難以在嚴(yán)苛的時(shí)間要求下完成相應(yīng)的指令與操作，也難以將物理實(shí)體的空間信息與時(shí)間對(duì)應(yīng)起來(lái)；同時(shí)，由于只給出了個(gè)體Agent的行為規(guī)則，而缺乏整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的規(guī)則，多Agent系統(tǒng)的高度自治帶來(lái)的不確定性與難以預(yù)測(cè)的威脅也在一定程度上違背了CPS安全可靠的要求。圖2.3基于多Agent的CPS結(jié)構(gòu)框圖(2)基于服務(wù)的一體化建模在CPS的物理過(guò)程、計(jì)算過(guò)程以及它們的交互過(guò)程中引入面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，是基于服務(wù)的一體化建模的核心思想。該建模方式是以服務(wù)的形式將CPS中的物理過(guò)程與計(jì)算過(guò)程進(jìn)行封裝，以實(shí)現(xiàn)兩者的異構(gòu)集成。文獻(xiàn)[43]構(gòu)造了一個(gè)由三層框架構(gòu)成的CPS，其構(gòu)成分別為物理層、控制層及服務(wù)層，如圖2.4所示。其中，服務(wù)層是一組分布式的實(shí)時(shí)計(jì)算服務(wù)，用以為控制層提供服務(wù)的更新；控制層則類似決策控制單元，是該體系的核心，能夠通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將物理進(jìn)程與計(jì)算進(jìn)程進(jìn)行交互，它在接收到服務(wù)請(qǐng)求后，會(huì)到服務(wù)層查詢更新服務(wù)，再發(fā)出

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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