基于状态树结构监督控制理论的实时系统调度与重构研究

Supervisory control theory of discrete-event systems (RW theory) is stimulated by the ambition of discovering general principles common to a wide range of application domains that are usually computer-integrated. For a system under control, its supervisor calculated by RW theory ensures its maximally permissive behavior. Currently, RW theory has been applied to real-time scheduling and reconfiguration theories, which provides all the safe execution sequences (maximally permissive behavior) of the real-time systems (RTS) under control. However, the calculation of such a supervisor faces the computational complexity hurdle caused by the state explosion problem in RW theory, which increases the difficulty of scheduling large-scaled RTS. In order to manage the state explosion problem, this project employs the supervisory control theory based on a new supervisory control theory, namely supervisory control of state tree structures (STS), to replace the RW theory utilized in the real-time scheduling/reconfiguration research field. We mainly cope with the following research topics: 1) developing a uniformed STS-based modeling framework to model regular RTS; 2) priority-free conditional-preemption of RTS based on supervisory control of STS; 3) dynamic reconfiguration based on supervisory control of STS. A user-friendly visualization real-time scheduling/reconfiguration software package will be developed. In order to verify the theoretical correctness and practical value of the developed theory, the supervisors of RTS found by the proposed methodology will be implemented to automated manufacturing systems.

离散事件系统监督控制理论(RW理论)旨在为计算机集成的人造系统建模分析与控制提供普适性的一般原则和控制方法。目前RW理论已广泛应用于实时调度和动态重构，可为实时系统提供所有的可行路径。然而，其求解过程存在着由状态爆炸所引发的计算复杂性问题，为大规模实时系统的调度和动态重构带来了困难。本项目拟采用状态树结构监督控制理论代替RW理论对实时系统的调度和重构展开研究，旨在为实时系统提供最大许可行为的同时，降低状态爆炸对求解最优控制器的计算复杂度造成的影响。为此，本项目的研究内容主要有：1）基于状态树结构构建普适性实时系统模型；2）提出一种新的基于状态树结构监督控制理论的无优先级条件剥夺实时系统调度策略；3）以及提出一组基于状态树结构的实时系统动态重构方案。本研究课题将结合状态树结构开发可视化实时调度、动态重构软件。该软件生成的控制器将应用于自动制造系统，以验证研究成果的理论正确性和实用价值。

离散事件系统监督控制理论(RW理论)旨在为计算机集成的人造系统建模分析与控制提供普适性的一般原则和控制方法。目前RW理论已广泛应用于实时调度和动态重构，可为实时系统提供所有的可行路径。然而，其求解过程存在着由状态爆炸所引发的计算复杂性问题，为大规模实时系统的调度和动态重构带来了困难。本项目采用状态树结构监督控制理论代替RW理论对实时系统的调度和重构展开研究，旨在为实时系统提供最大许可行为的同时，降低状态爆炸对求解最优控制器的计算复杂度造成的影响。为此，本项目的研究内容主要有：1）基于状态树结构构建普适性实时系统模型；2）提出一种新的基于状态树结构监督控制理论的无优先级条件剥夺实时系统调度策略；3）以及提出一组基于状态树结构的实时系统动态重构方案。本研究课题将结合状态树结构开发可视化实时调度、动态重构软件。该软件生成的控制器将应用于自动制造系统，以验证研究成果的理论正确性和实用价值。4）对VDES的建模及故障诊断。5）对状态树结构的建模及故障诊断。6）对RTNCES的重构。本项目的主要研究成果如下：项目负责人在SCI英文顶级期刊发表科技论文三篇。项目负责人协助指导的博士生发表高质量顶级科技论文四篇。项目负责人共有两篇科技论文入选ESI高被引论文（含博士生）。项目负责人在控制领域顶级会议发表科技论文一篇。依托本项目的研究，项目负责人所在课题组共培养博士生4名，其中已毕业3名。