分布式离散事件系统的分散控制与分散故障诊断研究

Supervisory control and failure diagnosis are the most important issues in the study of discrete event systems (DESs), which have been successfully applied to many fields such as computer networks, communication networks, robotics, industrial manufacturing, and production dispatching. In this project, decentralized supervisory control and decentralized diagnosis of distributed discrete event systems are addressed, where both classical distributed systems and fuzzy distributed systems are involved. On the one hand, the following three topics for classical distributed systems are studied: Firstly, the complexity of classical distributed systems are mitigated by means of the technique of bisimulation relation, the controllability and observability are analyzed, and the bisimilarity decentralized control problem is solved. Secondly, a reliable decentralized supervisory control design approach for distributed systems with communication delays is presented, in which the effects of communication delays are formulated. Thirdly, a kind of reliable diagnosability mechanism is put forward to make ensure that the distributed systems are diagnosable, and an optimal algorithm for its realization is further worked out. On the other hand, supervisory control and failure diagnosis for fuzzy distributed systems are investigated. A novel architecture of reliable decentralized control for fuzzy discrete event systems is presented, which may more effectively cope with the real-world problems of vagueness, impreciseness, and subjectivity. Moreover, the construction of fuzzy diagnosers is formalized, and a fuzzy approach of decentralized diagnosis is proposed by introducing a notion of the fuzzy diagnosability function to characterize the diagnosable degree of fuzzy distributed systems, in which the local fuzzy diagnosers are allowed to communicated with each other.

监督控制与故障诊断是离散事件系统研究中最重要的两个研究方向，在计算机网络、通信网络、机器人技术、工业制造、生产调度等领域有着广泛应用。本项目以一种功能更强、效率更高、可靠性更好的离散事件系统-分布式离散事件系统为模型，研究经典和模糊分布式系统的监督控制与故障诊断理论及应用。在经典分布式系统方面，首先运用双模拟等价关系简化系统规模，分析其可控性与可观性，研究基于双模拟等价关系的分散控制问题；其次，鉴于时延的普遍存在现象，通过分析时延对控制效果的影响，建立分布式时滞系统的可靠分散控制理论；同时，为使可靠分布式系统具备故障诊断功能，提出一种可靠分散诊断方法，设计和优化其实现算法。在模糊分布式系统方面，研究如何处理控制过程中模糊与不确定等问题，建立分布式模糊离散事件系统的可靠分散控制理论；最后，探讨模糊诊断器的构造方法和通讯机制，提出一种分布式模糊系统允许局部模糊诊断器之间相互通讯的分散诊断方法。

本项目研究了经典与模糊分布式离散事件系统的监督控制与故障诊断问题，在基于双模拟等价关系的分散控制、经典分布式系统的可靠分散控制与故障诊断、模糊分布式系统的可靠分散控制与故障诊断等方面开展了系统研究，完成了项目计划的各项研究内容。.在双模拟控制方面，对非确定型分布式系统具有模拟二元关系的可控性与可观性进行了形式化，提出了一种基于双模拟等价关系的分布式经典系统分散控制机制，给出了局部控制器的设计方法和分散控制器的合成规则，分析了局部控制器与分散控制器的综合方法对系统控制效果的影响，得到了一个关于分散控制器存在性的充分必要条件，提出了一种设计模拟二元关系识别器的物理实现方法和一个基于模拟关系可控性与可观性的验证算法。.对于经典分布式离散事件系统，针对通讯时延的存在性及部分局部控制器可能失效等问题，提出了一种时滞分布式系统的可靠分散控制机制，设计了相应的带时延局部控制器和可靠分散控制器，确保了在联合控制过程中即使部分局部控制器缺席也能取得理想控制效果。通过对可控性和可靠可观性的形式化，得到了一个关于可靠分散控制器存在性定理，并提出了一种可靠分散控制的验证算法。为更好地实现容错控制，探讨了系统故障诊断与纠错问题，提出了一种基于相对可诊断性的故障诊断方法和一个判断系统是否具有相对可诊断性的多项式时间算法；同时，为了使出现故障的病态系统能够从故障状态中恢复，分别提出了一种基于系统状态圈（图型结构）的纠错方法和一种基于状态树（树型结构）的纠错方法。.对于模糊分布式离散事件系统，我们将上述经典系统的分散控制与故障诊断方法拓广至模糊系统，给出了将局部模糊控制器形式化为模糊算子的设计方法，分析部分局部模糊控制器合成后对模糊系统监控效果的影响，提出了一种可靠分散控制器的构造方法，并将模糊分布式系统的可控性与可靠可观性均进行了具有模糊性的形式化，得到了模糊分布式系统在可靠分散控制器的监控下取得理想控制效果的充分必要条件，给出了实现该可靠分散控制的优化算法，建立了模糊分布式离散事件系统的可靠分散控制理论。鉴于各模糊事件均具有一定故障触发性，引入了一个可观投影函子对模糊事件序列进行过滤，提出了一种模糊系统双模型并行机制，分别得到了一种模糊系统模糊诊断的多项式时间算法和一种模糊系统安全模糊诊断的多项式时间算法。