【摘要】：柔性制造系統(tǒng)(FMSs)是由數(shù)控機(jī)床、緩沖器、夾具、機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)向小車(AGV)以及其它材料處理設(shè)備構(gòu)成的計(jì)算機(jī)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(huì)導(dǎo)致死鎖的出現(xiàn),會(huì)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(dá)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(yīng)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(jià)這些策略的性能指標(biāo)主要有三個(gè)：行為許可性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度以及計(jì)算復(fù)雜度。從技術(shù)角度看,這些策略主要通過結(jié)構(gòu)分析和可達(dá)圖分析來實(shí)現(xiàn)死鎖控制�；诮Y(jié)構(gòu)分析通過信標(biāo)或資源變遷環(huán)路來獲得活性控制器,通常計(jì)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(dá)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(dá)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(dá)狀態(tài)的高效求解方法及活性控制器設(shè)計(jì)。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(yán)格極小信標(biāo)計(jì)算可達(dá)標(biāo)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(biāo)識集,其中由于系統(tǒng)共享資源的存在而可能包含偽標(biāo)識,并由資源環(huán)路求得嚴(yán)格極小信標(biāo)。其次,通過分析嚴(yán)格極小信標(biāo)中操作庫所的標(biāo)識數(shù)與其界的關(guān)系,給出判定偽標(biāo)識的一個(gè)充分必要條件,并根據(jù)該條件求得所有的偽標(biāo)識。最后,通過剔除不變式標(biāo)識集中的所有偽標(biāo)識來獲得PLNs的可達(dá)標(biāo)識集。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了基于P-不變式和嚴(yán)格極小信標(biāo)計(jì)算可達(dá)標(biāo)識集的高效性。2.將基于P-不變式和嚴(yán)格極小信標(biāo)計(jì)算可達(dá)標(biāo)識集的方法擴(kuò)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(yán)格極小信標(biāo)中操作庫所的標(biāo)識數(shù)與其界的關(guān)系,給出判定偽標(biāo)識的一個(gè)更一般的充分必要條件,并根據(jù)該條件求得不變式標(biāo)識集中所有的偽標(biāo)識。最后,通過剔除不變式標(biāo)識集中的所有偽標(biāo)識來獲得LS3PR網(wǎng)的可達(dá)標(biāo)識集。實(shí)例分析驗(yàn)證了該方法的有效性。3.大多數(shù)已有的Petri網(wǎng)死鎖預(yù)防策略都是通過添加控制庫所來解決死鎖問題�；诳蛇_(dá)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(biāo)識可達(dá)并禁止所有首遇壞標(biāo)識。本文基于可達(dá)圖分析,提出了一種通過添加控制變遷來將死標(biāo)識轉(zhuǎn)化為合法標(biāo)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(jié)構(gòu)復(fù)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(biāo)識轉(zhuǎn)化為合法標(biāo)識,保證了系統(tǒng)活性并且可達(dá)狀態(tài)最多,因此是一個(gè)最優(yōu)的活性控制器。與已有的基于控制庫所的死鎖預(yù)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(yán)格極小信標(biāo)清空的變遷發(fā)射。通過分析可達(dá)圖中的標(biāo)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(dāng)一類被稱作弱從屬S3PR網(wǎng)的子網(wǎng)滿足一定的結(jié)構(gòu)條件時(shí),該策略可以獲得最大許可行為的活性控制器。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH165

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本文編號：2541287