基于Petri网的离散事件系统混或诊断和监督控制研究

【摘要】离散事件系统(DESs)是由离散事件驱动而导致状态演化的一类动态系统,其行为特征为离散事件的异步或并发的演变过程。决定这种演变的不是系统和控制工程领域中用于分析时间驱动行为的微分或者差分方程,而是离散事件错综复杂的运行规则。这使得对离散事件系统的行为进行规划、调度和控制变得极为困难。研究离散事件系统的错误诊断和控制,其目的是发现系统安全性和可靠性保证的一般原理。这些原理可以被广泛的应用到不同的科技领域,例如：计算机和通信网络、自动制造系统、业务管理系统、航空控制系统、高度集成的指挥,控制,通信和信息(C31)系统、车辆和智能建筑的监督控制系统、智能交通系统和分布式软件系统等。在离散事件系统中,冲突和并发是普遍存在的两类现象。构建冲突的目的在于处理事件之间的有限资源竞争问题。系统的并发操作可以使系统保持多线程高性能的执行效率。从系统逻辑和系统功能的观点来看,冲突即系统的决策之处,或称其为系统和外部环境之间的接口。因此,冲突的出现应该是可靠的和确定的。如果一个离散事件系统存在非独立的冲突和并发,这类结构会导致不完整和不确定的冲突使得系统的冲突消解变得困难。这种经常出现在具有并发的离散事件系统中的错误被人们称为混或(confusions).本论文以Petri网理论为基础,研究离散事件系统的混或分析方法,混或的错误诊断和混或的监督控制策略。具体的工作主要包含以下内容：(1)在Petri网下建立混或的通用形式化定义。首先,本论文分析冲突和并发在Petri网下的数学描述和行为,提出并发度和λ-最大并发的概念用于限制Petri网的子网规模。其次,两类混或(冲突增和冲突减混或)被形式化为具有冲突和并发限制的一类特殊的标识子网。根据提出的定义,离散事件系统的混或结构和行为可以被准确的描述和分析。(2)提出离散事件系统混或诊断和检测的机理。首先,定义了两类子网：NI-type和NⅡ-type.给出子网NⅠ-type(或者NⅡ-type)是冲突增混或(或者冲突减混或)的一个充分必要条件。根据这个条件构造出一个可行的混或在线检测策略。该策略能够随着Petri网系统的动态演化检测到存在的混或。其次,提出基于图论和Petri网P-不变式的混或离线检测策略。将Petri网的结构映射到表示冲突和混或关系的一类有向图从而获得混或的结构。设计一个基于P-不变式的方案去判定是否在一个具有混或结构的Petri中存在标识使得被标识的子网就是一个混或。离线的混或检测方法可以避免计算Petri网的可达图。(3)同步Petri网是Petri网的一类扩展,其中每一个变迁都由一个外部事件所控制。本论文提出了一类被称为混或控制事件可重构网的局部同步Petri网,以此来研究混或的在线控制策略。另一方面,通过监督控制理论设计混或的离线避免策略,该策略可以离线的计算出混或避免监控器使得原网的被控网不再出现混或。(4)业务流程的工作流网模型如果满足‘合理性’和‘良构性’,则其被称为正确的。但是混或的存在会导致非确定的冲突进程,这是业务流程中不允许出现的情况。‘合理性’和‘良构性’并不能避免混或的情况。相反,混或在一定的条件下会影响工作流网本来满足的性质。因此,本论文研究工作流网中的混或和混或对工作流网性质的影响。
【作者】陈晓亮；
【导师】李志武；
【作者基本信息】西安电子科技大学，机械电子工程，2014，博士
【关键词】离散事件系统；Petri网；冲突；并发；混或诊断；混或避免；

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