基于R-TNCES的动态可重构离散事件系统的稳定性研究

Dynamic reconfigurable discrete event systems (DRDES) are characterized by plain modular structures and dynamic reconfigurability. They can actively adapt themselves to changed inner/outer executing environments. Consequently, they could be highly flexible and reliable with the precondition of system stability. This project mainly copes with system stability issues of DRDES under dynamic reconfiguration processes, including convergence of net structures, states, and temporal properties, based on R-TNCES (Reconfigruable Timed Net Condition/Event Systems). The R-TNCES formalism is modular and one-side signal synchronization of Petri nets. It is specialized for modeling and analyzing reconfigurable discrete event control systems. This project aims to develop stability analysis and control methods of dynamic reconfigurable discrete event systems under dynamic reconfiguration processes based on R-TNCES. Firstly, we will extract dynamic reconfiguration process models from the system's R-TNCES model. Second, formal verification of system stability and stabilizability is done with the assistance of net structure analysis methods and model checking technologies. Finally, we will deal with the design and implementation of supervisory controllers for the stabilizable systems modelled with R-TNCES.

明确的模块化结构特性与可实时主动调整系统当前构型以适应执行环境内/外变化的能力，使得动态可重构离散事件系统在系统稳定的前提下具有极大的灵活性和极高的可靠性。本项目拟研究基于R-TNCES的动态可重构离散事件系统在动态重构过程中的稳定性分析与控制问题。这里的稳定性是指系统在动态重构过程中的结构与状态的收敛性和有限时延性。R-TNCES是Petri网的一种可重构、信号单向同步模块化的扩展，是一种专用于可重构离散事件控制系统建模和分析的形式化体系。本项目的研究目标是在R-TNCES的框架下，结合结构分析法与模型检验技术建立动态可重构离散事件系统在动态重构过程中的稳定性分析与控制方法。首先建立系统的R-TNCES模型并提取动态重构过程模型。其次，探索结合R-TNCES结构特性与模型检验技术的稳定性模型验证算法。最后，研究基于R-TNCES的可稳定系统的监督控制器设计与实现方法。

本项目致力于研究动态可重构离散事件系统的稳定性分析、验证与监督控制等问题。首先，经过广泛的调研，以制造系统为应用背景，本项目选定R-TNCES作为可重构系统的建模工具。其次，将系统重构事件分为两类：过程事件和瞬时事件。过程事件指的是一个事件本身由多个并行或串行的分事件组成。当且仅当全部分事件完成，该过程事件才可被认定为完成。瞬时事件为不可再分的事件,其发生将直接改变系统配置。当重构事件为过程事件时，本项目从系统网络结构的角度，从安全性、有界性、活性、收敛性等方面研究了重构事件与普通事件并发情况下的可重构离散事件系统的稳定性与可稳定性。当重构事件为瞬时事件时，本项目研究了可重构制造系统的重构仿真方法，探索了R-TNCES在制造系统能源优化方面的应用。其次，本项目利用整数线性规划技术解决了该设定下动态可重构系统的最短路径问题并提出了相应的重构控制方法。再其次，本项目结合Wonham监督控制理论思想，状态吸引理论，提出了基于R-TNCES的监督控制方法用于抑制系统任务执行过程中的重构事件。在研究过程中发现动态可重构系统存在违反一致性的风险，如生产配比一致性，关键操作序列一致性等。故本项目创新性的提出了动态可重构离散事件系统的上下文无关禁止路径控制问题并解决了系统完全可控可观情况下的任意有限上下文无关禁止路径的控制问题。