自动制造系统死锁控制性能分析与优化

基于Petri网理论的自动制造系统死锁分析与控制是国际自动化领域的前沿问题。针对不同的物理系统，人们大量研究了死锁的检测与校正，死锁避免和死锁预防问题。在逻辑层次上，计算复杂性，行为许可性和结构复杂性是活性Petri网控制器设计的主要指标。在时间层次上，受控物理系统的生产率和关键设备的利用率是系统的重要控制参数。本项目的研究内容主要有（1）结合数据决策图和区域理论的自动制造系统的优化活性Petri网控制器的设计研究，求得行为最大许可，控制器结构极小，计算高效的活性控制器；（2）时间Petri网的基本信标理论研究以及时间Petri网的死锁控制问题；（3）拟从系统生产率、关键设备利用率等生产指标比较不同死锁控制策略下自动制造系统活性控制器的性能差异；不同类型制造系统（例如零件传输时间和加工时间存在明显差异，加工系统和装配系统等）死锁控制策略的适用性问题；（4）结合具体系统，进行实验研究。

Petri网是自动制造系统建模、分析和控制的一种重要数学工具。基于Petri网理论的自动制造系统死锁分析与控制是国际自动化领域的前沿问题。针对不同的Petri网建模的物理系统，研究者提出了多种死锁控制方法。在逻辑层次上，计算复杂性、行为许可性和结构复杂性是活性Petri网控制器设计的主要指标。本项目基于区域理论和Petri网结构分析技术，开展了优化Petri网控制器综合方法的研究。同时，在时间层次上，综合考虑系统生产率及关键设备的利用率，研究了时间Petri网的基本信标理论和死锁控制问题。经过三年的研究，课题组在几个方面取得了较好的成果，出版专著2部，发表及录用SCI国际期刊论文40篇，国际会议论文10篇。主要成果包括：(1)基于SDD/DDD理论的Petri网模型分离状态计算、首遇坏标识求解及控制器求解。(2)利用SDD/DDD理论建立系统状态空间分析的紧凑模型，首次提出了标识间向量覆盖的概念，大大降低了所需要求解线性规划问题的次数和约束个数。(3)提出了Elegant活性Petri网控制器设计的概念，即行为最大许可、结构极小、计算高效的控制器，展开基于区域理论的最佳死锁控制策略研究。较早提出了合法可达标识空间非凸情况下，通过施加‘或’约束实现最大许可行为的方法。为了克服纯网建模的局限性，通过构建Petri网自环数学模型，为设计纯网控制器不能获得最大许可行为的Petri网，设计行为最大许可、结构简单、拥有自环的控制器。(4)研究带参数的活性Petri网控制器的设计方法。基于区域理论，研究较小初始标识下优化的Petri网控制器活性和控制器初始标识的关系表达式，从而导出任意初始标识下控制器的初始标识，进而得到优化或次优化的活性Petri网控制器。(5)进一步研究基于信标的死锁控制策略，拓展Petri网信标可控性条件，并建立了存在不可控及不可观变迁因素下的死锁控制策略。同时，考虑系统中的不可靠资源，研究鲁棒性活性控制器设计方法。(6)进行现有文献中的死锁控制策略的分析与综述，研究了自动制造系统特性与死锁控制匹配性问题。(7)提出了多种死锁控制策略和控制器优化方法。总体来说，本项目的研究是成功的，成果是丰富的，将Petri网技术在自动制造系统的死锁控制方面从理论和实际上均推向前进。