欢迎来到皮皮文库! | 帮助中心 专注上传文档赚钱的网站
皮皮文库
全部分类
  • 市场营销 >
    市场营销
    营销策划 产品规划 渠道管理 品牌策划 促销导购 终端店铺 连锁加盟 销售管理 推广策略 微博微信营销 公关活动 互联网策划 销售制度 营销学习 客户服务 广告管理 其他文档
  • 设计素材 >
    设计素材
    标志 VI模板 海报 包装 画册 名片模板 PSD分层 终端物料 PPT模板 图标 网页素材 Flash素材 手机APP素材 淘宝素材 其他素材
  • 高清图片 >
    高清图片
    人物图片 风景图片 世界风光 动物图片 运动图片 饮食图片 底纹图案 医药医学 工业图片 科技图片 商业金融 中华图片 中华图案 背景图片 传世名画 其他图片
  • 管理文档 >
    管理文档
    企业管理 财务管理 人力资源 生产管理 学习提升 质量管理
  • 行业资料 >
    行业资料
    3 G 通信 农林牧渔 家电行业 酒店餐饮 保健行业 保险行业 商超卖场 国际贸易 塑胶五金 媒体广告 工程建设 建筑装潢 房产物业 旅游行业 服饰箱包 机械石化 汽车行业 物流运输 美容行业 节能减排 金融行业 食品饮料 教育行业 其他行业
  • PPT模板 >
    PPT模板
  • 办公文档 >
    办公文档
    企划方案 党政文件 公司章程 制度表格 办公资料 劳动保障 合同范本 办公行政 后勤文档 员工手册 商业计划 工作计划 工作总结 招标投标 管理手册 后勤总务 管理表格 董事股东 质量手册 其他
  • 教学课件 >
    教学课件
    研究生课件 MBA管理 大学课件 大学试卷 成人教育 继续教育 自学考试 中学课件 中学教案 中学试卷 中学作文 小学课件 小学教案 小学试卷 小学作文 幼儿教育 职业教育 综合课件
  • 考试资料 >
    考试资料
    外语等级 律师资格 公务员考试 考研 计算机等级 MBA/MPA 国家司法 注册会计 职业资格 出国培训 中考高考 自学考试 其他考试
  • 毕业论文 >
    毕业论文
    管理论文 文学论文 艺术论文 经济学论文 毕业论文 社科论文 法律论文 医学论文 哲学论文 自然科学论文 论文指导设计 开题报告 综合论文
  • 经济金融 >
    经济金融
    经济学 宏观经济 股票投资 期货投资 金融报告 外文报告 行业分析 农业经济 区域经济 投融资租凭 经济著作 金融综合
  • 建筑施工 >
    建筑施工
    建筑论文 建筑管理 市政工程 建筑设计 建筑方案 建筑施工 建筑机械 建筑资料 房地产 公路与桥梁 建筑材料生产技术 建筑综合
  • 首页 皮皮文库 > 资源分类 > PDF文档下载
     

    含有不可控变迁的混合约束Petri网控制器设计.pdf

    • 资源ID:3367       资源大小:875.62KB        全文页数:4页
    • 资源格式: PDF        下载权限:游客/注册会员/VIP会员    下载费用:5金币 【人民币5元】
    游客快捷下载 游客一键下载
    会员登录下载
    下载资源需要5金币 【人民币5元】

    邮箱/手机:
    温馨提示:
    支付成功后,系统会根据您填写的邮箱或者手机号作为您下次登录的用户名和密码(如填写的是手机,那登陆用户名和密码就是手机号),方便下次登录下载和查询订单;
    特别说明:
    请自助下载,系统不会自动发送文件的哦;
    支付方式: 支付宝   
    验证码:   换一换

          加入VIP,免费下载资源
     
    友情提示
    2、PDF文件下载后,可能会被浏览器默认打开,此种情况可以点击浏览器菜单,保存网页到桌面,既可以正常下载了。
    3、本站不支持迅雷下载,请使用电脑自带的IE浏览器,或者360浏览器、谷歌浏览器下载即可。
    4、本站资源下载后的文档和图纸-无水印,预览文档经过压缩,下载后原文更清晰   

    含有不可控变迁的混合约束Petri网控制器设计.pdf

    第 20 卷增刊 系 统 仿 真 学 报 Vol. 20 Suppl2009 年 8 月 Journal of System Simulation Aug., 2009 148 含有不可控变迁的混合约束 Petri 网控制器设计 朱金旺1,陆 阳1,2,程运安1,2( 1.合肥工业大学计算机与信息学院 , 合肥 230009; 2.安全关键工业测控技术教育部工程研究中心 , 合肥 230009) 摘 要 针对由 Petri 网建模的离散事件系统中具有混合约束的 Petri 网控制器的设计问题,研究受控对象中存在不可控变迁情况下实现 Petri 网反馈控制器的方法 。提出了一种新的约束转换方法对含有不可控变迁的禁止约束部分进行处理, 将禁止约束转化为允许约束。 然后结合局部设计和 Petri网简化技术改进与完善控制器的设计方法 。实例表明,该方法结构清晰,计算简单,用于混合约束条件中,能大大减少计算量,在复杂 Petri 网模型中效果更为明显。 关键词 Petri 网;离散事件系统;监控;混合约束;不可控变迁 中图分类号 TP13 文献标识码 A 文章编号 1004-731X 2009 S-0148-04 Synthesis of Supervisor Enforcing Mixed Constraints with Uncontrollable Transitions in Petri Net ZHU Jin-wang1, LU Yang1,2, CHENG Yun-an1,21.Dept of Computer and Information, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2. Engineering Research Center of Safety Critical Industry Measure and Control Technology of Ministry of Education, Hefei 230009, China Abstract A detailed technique of supervisor control with mixed constraints for Petri Net based discrete event systems with uncontrollable transitions was discussed. A new method was proposed to transform the forbidden constraint into admissible one. And then, an improved method for constructing a Petri Net feedback controller based on part design and Petri Net reduction technique. Through example, the method given here is proved to be clear in structure and concise in computation, and will greatly simplify controller synthesis when applied to constraints in complex Petri Net. Key words Petri Net; discrete event system; supervisor control; mixed constraints; uncontrollable transition 引 言1离散事件系统 Discrete Event System, DES是由离散事件驱动,并由离散事件按照一定的运行规则相互作用,导致状态演化的一类动态系统。对于 DES,监控系统的行为并使其不进入特定的不良状态、 达到希望的性能要求是极其重要的。 Petri 网是 DES 建模和分析的有效工具,近年来,基于Petri 网的离散事件动态系统控制理论得到了深入的发展[1-5]。 Moody 等人提出了 p-不变式的概念设计控制器[6], 该方法计算控制器需要运算整个 Petri 网的关联矩阵,对于复杂的控制系统,其关联矩阵的维数很高,运算复杂,且只有在安全 Petri 网下有效。文献 [7]利用 Petri 网的状态方程,把关于标识向量和变迁向量的混合约束转变成关于变迁向量的不等式约束,该方法虽然简单,但会导致死锁。 Iordache 等人[8]提出了标识、 Parikh 混合约束,设计控制器的方法为先将混合约束转换为单纯约束,再利用文献 [6]中的方法求解,但并没有考虑到 Petri 网中存在不可控变迁的问题。 收稿日期 2009-05-08 修回日期 2009-06-16 基金项目 教育部新世纪优秀人才支持计划( NCET-04-0562) ;高等学校博士学科点专项科研基金( 20050359004) 作者简介朱金旺 1984-, 男 , 安徽宿松人 , 硕士生 , 研究方向为计算机控制; 陆阳 1967-, 男 , 安徽合肥人 , 教授 , 博导 , 研究方向为计算机控制、离散事件系统等; 程运安 1968-, 男 , 湖北武汉人 , 研究员 , 研究方向为分布式控制。 本文在总结上述方法设计控制器时存在的问题的基础上, 给出了在系统中存在不可控变迁的情况下具有库所标识和变迁激发混合约束的控制器高效设计方法。 该方法首先解决了如何在约束条件中避开不可控变迁, 将禁止约束条件转化为允许约束条件。其次,在文献 [6,12]的基础上,结合局部设计原则和 Petri 简化技术来设计控制器,将关联矩阵维数降低,从而简化运算。最后,通过一个实例说明使用本文提出的方法设计控制器能更加简单、有效。 1 基本知识 1.1 线性不等式约束 基于 Petri 网的离散事件系统控制理论中,线性不等式约束一般是指单纯的标识向量约束,它有如下形式 L bμ ≤ 1 其中,nncZL∈ ,1∈nZμ ,1∈cnZb , n 是 Petri 网中库所数, nc是不等式约束个数。标识向量不等式约束有很强的建模能力, 很大部分的状态禁止问题可以用式 1形式的约束来描述。针对关于标识向量的线性不等式约束的问题,许多学者提出了多种不同的有效 Petri 网反馈控制器设计方法[3,5,12],而且已经证明,当受控 Petri 网是完全可控可观的,则这些方法设计的控制器是最大允许的。 更一般地线性不等式约束形如 rr rrCLu q bλ ≤ 2 DOI10.16182/j.cnki.joss.2008.s2.060第 20 卷增刊 Vol. 20 Suppl 2009 年 8 月 朱金旺 , 等 含有不可控变迁的混合约束 Petri 网控制器设计 Aug., 2009 149 其中, qr是第 r 个变迁的激发索引, qr1 表示第 r 个变迁 tr被激发,nncrrZλ∈ , nr为约束变迁的个数, nc为约束条件的个数。 形如式 2的不等式约束称为库所容量和变迁激发的混合约束。显然,式 2具有比式 1更强的描述能力,因为式 2能描述约束变迁的实施次数。 1.2 结构冲突 定义 1[8]结构冲突是一变迁集合。 TCONF{t1,t2,,tg}中,对于存在的一可能标识 , TCONF所有的变迁都是使能的, 但是只要其中的一个变迁激发就会导致其他的变迁不再使能。 一个有效的冲突可以表示为 TeCONF, 由一个结构冲突和一个当前的标识 组成,以便结构冲突中的所有使能变迁不能同时被激发。有效冲突中,任何时候能被同时激发的变迁的最大数量取决于当前的标识 。 定理 1[8]{t1,t2,,tg}为结构冲突的充分条件是存在一个库所 pi并且该库所是 {t1,t2,,tg}中所有变迁的共同输入库所。 定理 2[8]有效冲突 TeCONF中, 同时激发的变迁的最大数量不能超过共同输入库所的托肯数。 根据上面的定理, 可以通过产生结构冲突构建控制器来实现约束变迁不等式。 控制器的构建可以通过增加一个控制器库所 pc及其相应的弧,使 pc成为所有变迁 {t1,t2,,tg}的共同输入库所(根据定理 1) 。由定理 2 决定 pc的初始标识ck。为了使有效冲突 {t1,t2,,tg}中的任意变迁激发后,冲突还是有效的冲突,在结构冲突的每个变迁和控制器库所pc之间添加输出弧。 2 控制器设计 2.1 不可控变迁处理 如果一个变迁的实施无法通过外部的行为进行禁止, 则称该变迁为不可控变迁。 一个不可控变迁的实施与否只能由受控 Petri 网的结构以及其状态来决定,与外部环境无关。因此,如果计算出的一个控制器会禁止不可控变迁,则该控制器非法。 给定一组约束,且网系统中存在不可控变迁,那么直接计算控制器可能会禁止不可控变迁的实施, 则称该约束为不允许约束,反之称为允许约束。不允许约束需要先转换为允许约束才可以直接设计控制器。 2.1.1 约束转换方法 形如 2式的混合约束转换算法如下 算法 1 步骤 1 首先对约束条件进行等价变换。将 2式转化为 L krrμ ≤ 3 -qbkrrλ ≤ 4 其中 [0, ]kb∈ 。 步骤 2 对 3式的约束形式进行如下处理[2]首先检查约束的允许性,即是否满足 LDuc≤ 0,其中 Duc为关联矩阵中与不可控变迁相关的子矩阵。若为允许约束,则不需要进行处理, 直接按 2式的约束形式设计控制器。 否则转步骤 3。 步骤 3 若 0LDuc ,则为不允许约束,需将 3式转化为允许约束 L krμ ≤ 5 使得 0LDuc≤ 。 定理 3 令nkhcR Z ∈ ,对于任何rμ 满足 0Rrμ ≥ rμ为约束库所标识 ; 如果 Lbrrμ ≤ , 则 Lbrrμ ≤ 也一定成立。其中 LRLrr。 证明 Lbrrμ ≤ ,即 R Lbrrμ ≤ , RuL brrrμ≤,将 0Rur≥ 代入得 Lbrrμ ≤ ,证毕。 步骤 4 将 45两式相加,得到新的允许约束 CLu qbrr rrλ ≤。 6 Lr通过矩阵变换的方法得到,求解步骤如下 设0DIucMLDruc⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦, 其中, I 为对角矩阵,0nkhcZ ∈ 。, M ij代表矩阵中的第 , ij个元素,令 1j 。 1 若 1 ,M kh khnjc “ 中存在 , 0Mpj ,转 2;否则令 1jj ,重新执行 1; 2 若 1 , M khj“ 中不存在 , 0Mqj ;此时, M 经过矩阵变换为D IucML Rr⎡⎤⎢⎥⎣⎦,从而得出 LLRrr 。 根据新的约束式 6可以得到合法的控制器, 符合不可控变迁的准则。 2.1.2 约束转换方法的比较 在文献 [9]中, Iordache通过 C-变换将原型 Petri网 N,T,0转变成中间 Petri 网 Nc ,Tc ,c0,再根据中间 Petri 网将 2式混合约束转换为 1式形式的单纯标识约束, 对单纯标识约束采用 2.1.1 节中矩阵变换的方法转换为允许约束,然后设计控制器。 算法 1与 Iordache约束转换方法比较, 有以下几点优势 1 算法 1 减少了 C-变换和 C 逆变换两个步骤; 取而代之的是一个线性拆分(算法 1 中的步骤 1)和线性组合(算法 1 中的步骤 4)过程; 第 20 卷增刊 Vol. 20 Suppl 2009 年 8 月 系 统 仿 真 学 报 Aug., 2009 150 2 算法 1 中不需要中间 Petri 网模型,是在原型 Petri网上计算允许约束。 Iordache 方法通过 C-变换得到的中间Petri 网模型的维数较原型 Petri 网更高。因此,算法 1 更加安全、有效。 2.2 控制器设计 本文采用 Petri 网的 p-不变式[6]的方法设计控制器,考虑包括库所容量和变迁激发的混合约束以及不可控变迁的存在。为了讨论方便,作如下假设 1 Petri 网模型中无自环; 2 约束变迁均可控可观。 将混合约束用 C 表示为 {}11nnClu qbrr rrrrλ∑∑≤7 式 7中库所和变迁分别称为约束库所和约束变迁。 控制器设计步骤如下 步骤 1 确定约束库所 Cp和约束变迁 Ct。 步骤 2 根据约束条件写出约束库所的局部关联矩阵 12111 12 1012jjkk k kjtt tpd d dDpd d d⎡⎤⎢⎥⎣⎦““ “8 式中12,,,kpp p“ 是约束库所,12,, ,jtt t“ 是与约束库所相关联的变迁以及约束变迁。 从 8式中可以看出, 局部关联矩阵的维数和列数均小于或等于 Petri 网关联矩阵,且不会随着系统规模的增加而变大,控制器设计的复杂度大大降低。 为进行约束转换, 将 ( 8) 式拓展为 ( 9) 式, 其中 0≥h ,hmmpp,,“ 是与不可控变迁关联的非约束库所。 12111 12 112121 2 jjkk k kjmm m mjmh mh mh mhjtt tpd d dpd d dDpd d dpd d d ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦““ ““ “9 步骤 3 根据约束条件写出约束库所的系数矩阵 11 12 1n1 n2 ncc ckkll lLrll l⎡⎤⎢⎥⎣⎦“ “10 步骤 4 判断约束的允许性,即是否满足 0ucLD ≤ ,如果满足即为允许约束,令 L Lrr ,转步骤 6,否则转步骤 5。 步骤 5 将不允许约束按 2.1.1 节中的方法进行约束转换。得到新的允许约束 rr rrL uqbλ≤ 步骤 6 根据约束库所的局部关联矩阵 D 和系数矩阵Lr,结合 Petri 网的简化技术可求得控制库所的局部关联矩阵 D LDcr− 。 步骤 7 对控制库所的局部关联矩阵 Dc增加约束变迁行 tr,在 tr行中对应约束变迁的位置上填写 1,其他位置写0,即 12 31211110 1ii ii iijkk kccrtt tpld ld ldiDt∑∑ ∑−− −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦“““考虑 Dc中元素分布情况,根据以下规则构建相应的弧并确定权值 1 约束条件的个数等于约束库所的个数; 2 如果末行元素 1 对应的矩阵中的元素为 0,则在控制库所 pc和该变迁之间构建一条双向弧,即让 t 既是 pc的输入变迁又是输出变迁。这使 pc成为所有约束变迁的共同输入库所,满足约束不等式。 3 如果末行元素 1 对应的矩阵中的某元素小于 0,则无需在 pc与 t 之间构建额外的弧。 这是因为在未考虑约束变迁时,根据关联矩阵构建的控制器库所 pc已经是该变迁的输入库所,满足不等式变迁不能同时激发的要求。 4 如果末行元素为 1 与 0 所在矩阵中对应元素大于 0且相关的两个变迁有共同的输入库所, 则在控制库所与该变迁之间构建一条双向弧,否则不能用此方法设计控制器,因为控制器可能会引入死锁。 5 当一个变迁的激发导致约束中的标识增加时,就让该变迁成为控制库所的一个输出,否则成为输入。相应的弧的权值等于增加或减少的标识数。 步骤 8 计算控制库所的初始标识 00crrbLuμ − 。 3 实例 一个简单的 Petri 网如图 1(实线部分)所示。假设要设计一个 Petri 网控制器来实现下面的混合库所和变迁约束 27562qqμμ ≤ 11 其中 t1为不可控变迁。 控制器设计过程如下 首先根据式 11构建 D 和rL 。 1245612711 0 001100000 111tttttpDpp−⎡ ⎤⎢ ⎥−⎢ ⎥⎢ ⎥−−⎣ ⎦[0 1 1]rL 值得注意的是,因为变迁 t3既与约束库所、约束变迁无关,也与不可控变迁无关,所以 D 中并没有包含 t3,降低了矩阵运算的复杂度。 当系统规模较大, 关联矩阵维数较高时,这种计算方法的优越性更加明显。 因为 t1为不可控变迁,所以110ucD−⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦。 再判断约束的允许性。因为10rucLD ,所以需要进第 20 卷增刊 Vol. 20 Suppl 2009 年 8 月 朱金旺 , 等 含有不可控变迁的混合约束 Petri 网控制器设计 Aug., 2009 151 行约束转换。按 2.1.1 节中方法先将约束形式进行等价变化为 27kμ μ≤12 562qq k≤−13 其中 [0,2]k∈ 。 对式 12进行约束转换,令 110010100 0 0011000ucrucDIMLD−⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦矩阵变换后得 11001010000100ucrucDIMLD R−⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦从而得到 ]001[R; [111]rL 由于 rL 是允许约束的约束库所系数矩阵,由此可得出允许约束的形式为 k≤721μμμ 14 kqq −≤ 26515将 1415两式相加得到新的允许约束为 127562qqμ μμ≤。 然后求解控制库所的局部关联矩阵 [00111]crDLD− − , 再由步骤 7 得 0011 10001 1ccrPDt−⎡⎤⎢⎥⎣⎦最后求解控制库所的初始标识 001 2 [111] 0 10crrbLμμ− − ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦受控 Petri 网系统如图 1 所示,其中 pc为控制器库所,虚线部分是控制器与相关变迁之间的弧。 图 1 带有控制器的 Petri 网模型 4 结论 本文在文献 [6,12]的基础上, 考虑 Petri 网中存在不可控变迁的情况,提出了相应的解决方案。通过线性不等式的等价转换将混合约束中不允许约束转变为允许约束, 再综合出新的允许约束条件,然后设计控制器。在利用 p-不变式方法设计控制器的过程中涉及到大量的矩阵运算, 因此本文采用了局部设计的原则和 Petri 网简化技术,只需考虑与约束和不可控变迁相关的库所和变迁,从而降低了矩阵的维数,对于复杂的 Petri 网模型则可以大大降低其计算量。 由于矩阵变换的非唯一性,在控制器求解过程中,有可能会出现非唯一解,那么如何在其中选择最优控制器,以及对所得控制器性质的研究等一系列问题还有待今后进一步研究。 参考文献 [1] Ramadge P J, Wonham W M. Modular feedback logic for discrete event systems [J]. SIAM J Control and Optimization, 1987, 253 1202-1218. [2] Moody J O, Antsaklis P J. Petri net supervisors for DES with uncontrollable and unobservable transitions [J]. IEEE Transactions on Automatic Control, 2000, 453 462-476. [3] Stremersch G, Boel R K. Reduction of the supervisory control problem for Petri nets [J]. IEEE Transactions on Automatic Control, 2000, 4512 2358-2363. [4] Uzam M. Synthesis feedback control elements for discrete event systems using Petri net models and theory of regions [J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2004, 241/2 48-69. [5] Wonham W M. Notes on control of discrete-event systems [D]. Toronto Department of Electrical Engineering, Toronto University, 2003. [6] Yamalidou K, Moody J O, Lemmon M, et al. Feedback control of Petri nets based on place invariants [J]. Automatica, 1996, 321 15-28. [7] WANG Shou Guang, YAN Gang Feng. A method for the design of Petri net controller enforcing general linear constraints [J]. Journal of Software, 2005, 163 419-426. [8] LINKENS D A, YANG Y Y. Design of Petri net conreollers to exclude forbidden states in manufacturing systems [C]// Proceedings of the 14thWorld Congress of IFAC. Oxford, UK 1999 379-384. [9] Iordache U V, Antsaklis P J. Synthesis of supervisors enforcing general linear constraints in Petri nets [J]. IEEE Transactions on Automatic Control, 2003, 4811 2036-2039. [10] WANG Shou Guang, Yan Gang Feng. A novel method of design of Petri net controller enforcing general linear constraints [J]. Journal of Software, 2005, 163 960-967. [11] Wonham W, LI Y. Control of vector discrete-event systems II-controller synthesis [J]. IEEE Transaction on Automatic Control, 1994, 393 512-530. [12] TAO Ze, XIE Liyang, LIANG Di. Controller design of DES Petri nets mixed constraint [J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2005, 183 283-288.

    注意事项

    本文(含有不可控变迁的混合约束Petri网控制器设计.pdf)为本站会员()主动上传,皮皮文库仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知皮皮文库(发送邮件至3093941054@qq.com或直接QQ联系客服),我们立即给予删除!

    温馨提示:如果因为网速或其他原因下载失败请重新下载,重复下载不扣分。




    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

    copyright@ 2008-2018 皮皮文库网站版权所有
    经营许可证编号:京ICP备12026657号-3 

    收起
    展开