基于资源变迁回路的柔性制造系统死锁控制方法研究

For successful completion of production tasks and reduction of production cost, it is essential to synthesize live control policies for flexible manufacturing systems. Based on Petri net models, this project will establish deadlock control policies for manufacturing systems, especially the establishment of optimal or suboptimal deadlock control policies with polynomial time complexity. By analyzing resource- transition circuits in Petri nets that are a kind of deadlock structural characteristics, the following three contents are studied. 1) The feasibility of designing deadlock control policies by controlling only part of resource-transition circuits is discussed, and the construction mehtods of the subset of such resource-transition circuits are proposed to design optimal or suboptimal deadlock control policies with simple structrues. 2) The relationship among the complementary sets of siphons is discussed, the construction methods of the subset of such siphons are presented to ensure the liveness of controllers,and based on such siphons,deadlock control policies with simple structures, whose time complexities are reduced largely, are designed. 3) Structural characteristics of Petri nets that characterize secondary deadlocks are extracted, the methods of constructing live controllers and the criterions of determining the safety of reachability markings are studied to establish optimal or suboptimal deadlock control policies with polynomial time complexity. The results of this project will lay the foundation of live optimal schedule of flexible manufacturing systems, and have important significance to promote in-depth development of manufacturing systems.

柔性制造系统的死锁控制对顺利完成生产任务、降低生产成本至关重要。本项目基于Petri网模型，建立柔性制造系统的各种结构简单计算复杂性小的死锁控制策略,尤其是建立具有多项式时间复杂性的性能最优或次优的死锁控制策略。利用Petri网中表征系统死锁的重要结构特征- - 资源变迁回路，本项目研究以下内容：1）研究仅控制部分资源变迁回路就能实现受控系统活性的可行性，提出该部分资源变迁回路的构建方法，建立结构简单性能最优或次优的死锁控制策略；2）讨论信标补集之间的关系，研究能综合活性控制器的部分信标的构建方法，建立结构简单复杂性低的死锁控制策略；3）提取表征系统二次死锁的Petri网结构特征，研究活性控制器的设计方法及可达状态安全性的判别准则，建立具有多项式时间复杂性的性能最优或次优的活性控制策略。本项目的研究将为柔性制造系统的活性优化调度奠定基础，对促进制造系统自动化理论的深入发展有重要意义。

《中国制造2025》明确指出生产过程要智能优化控制。而在生产过程的智能优化控制方面，死锁是需要迫切解决的关键问题之一。.本项目以柔性制造系统为研究对象，利用Petri网对其建模。结合Petri网图形化特点，提取表征系统死锁的Petri网图形结构：资源变迁回路和控制变迁回路。基于这两种图形结构，我们为柔性制造系统建立了多种结构简单、计算复杂性低、容许性能良好的死锁控制策略。.首先，利用资源变迁回路，本项目讨论了仅控制一部分资源变迁回路就能为系统建立活性控制器的条件，同时考查这部分资源变迁回路之间公共资源的数目，提出了可选择变迁覆盖的概念。通过对可选择变迁覆盖中的每一个资源变迁回路添加控制库所和相关弧，我们为柔性制造系统设计了结构简单、性能次优的死锁控制策略。.其次，根据资源变迁回路和信标之间的一一对应关系，我们提出了可控信标基底的概念。通过仅控制可控信标基底中的每一个信标，我们为系统综合出一种新的死锁控制策略。该策略在保持容许性能的同时，大大降低了控制器的结构规模和计算复杂性。因为基于不同的可控信标基底得到的受控网容许性能不同，我们讨论了使受控网容许性能相对更优的可控信标基底的选择条件。.最后，我们为一类含中心资源的柔性制造系统建立了两阶段的最优死锁控制策略。其中，第一阶段对每一个资源变迁回路添加控制库所和相关弧，以最大容许的方式防止其饱和，得到系统的受控网。但这个受控网一般会有二次死锁。对有二次死锁的受控网，通过分析其图形结构，得到表征二次死锁的Petri网结构特征：控制变迁回路。第二阶段基于控制变迁回路，以最大容许的方式对系统设计Petri网控制器。再综合两个阶段得到的死锁控制策略，最终为该类含中心资源的柔性制造系统建立了最优死锁控制策略。在此基础上，利用两步向前看的方法，为该类含中心资源的柔性制造系统建立了具有多项式时间复杂性的最优死锁控制策略。.本项目得到的结构简单、计算复杂性低的最优或次优死锁控制策略，尤其是具有多项式时间复杂性的最优死锁控制策略，为解决柔性制造系统的控制调度一体化问题奠定了良好的基础。