柔性制造系统最优化死锁控制策略及其应用研究

The project aims to deal with deadlock problems in flexible manufacturing systems (FMS). Deadlocks must be considered and sloved in the control of FMSs since they always block the parts of or the whole systems even lead to catastrophic results. Behavioral permissiveness, structural complexity, and computational complexity are the major criteria to evaluate and design liveness-enforcing Petri net supervisors.The control cost of a supervisor is also an important issue for the implementation of the corresponding control policy. In this project, three topics are considered to design a liveness-enfocring Petri net supervisor: 1) By considering the deadlock control and the implementation cost, design liveness-enforcing supervisor with the optimization of both the behavioral permisiveness and the implementation cost. 2) Some Petri net models have no pure maximally permissive supervisor. In this case, this project tries to find a non-pure Petri net supervisor with maximally permissiveness. 3) Transform the deadlock control problems into linear programming problems and solve the problems to obtain Petri net supervisors with the optimization of the behavioral permissiveness, structural complexity, and computational overhead.

本项目致力于解决柔性制造系统的死锁问题. 由于死锁问题往往引起系统部分或全部停滞甚至是造成灾难性的后果, 因此死锁是控制柔性制造系统时必须考虑和解决的问题. 在逻辑层次上, 行为许可性, 结构复杂性和计算复杂性是评价活性Petri网控制器的主要性能指标. 而在控制策略的实现上则须考虑控制器的实现代价问题. 本项目拟立足于三个方面进行Petri网控制器优化设计: 1) 在逻辑层面上进行死锁控制, 同时考虑物理层面上死锁控制实现代价问题, 设计控制代价和行为许可性同时优化的活性Petri网控制器; 2) 针对在纯网范围内不存在最大许可行为Petri网控制器的网模型, 寻求其非纯网结构的最大许可行为的Petri网控制器; 3) 将死锁控制问题转化成线性规划问题, 通过求解线性规划得到行为许可性, 结构复杂性和计算代价同时优化的Petri网控制器.

本项目致力于解决柔性制造系统的死锁问题. 由于死锁问题往往引起系统部分或全部停滞甚至是造成灾难性的后果, 因此死锁是控制柔性制造系统时必须考虑和解决的问题. 在逻辑层次上, 行为许可性, 结构复杂性和计算复杂性是评价活性Petri网控制器的主要性能指标. 而在控制策略的实现上则须考虑控制器的实现代价问题. 本项目基于Petri网可达图分析技术以及线性规划技术, 开展了Petri网最优化控制器设计策略的研究. 同时, 也研究了Petri网中非线性约束问题. 经过三年的研究, 课题组在几个方面取得了一定的成果, 出版专著1部, 发表及录用SCI国际期刊论文9篇, 国际会议论文2篇. 主要成果包括: 1) 在逻辑层面上进行死锁控制, 同时考虑物理层面上死锁控制实现代价问题, 设计控制代价和行为许可性同时优化的活性Petri网控制器; 2) 针对在纯网范围内不存在最大许可行为Petri网控制器的网模型, 寻求其非纯网结构的最大许可行为的Petri网控制器; 3) 提出了两种新的Petri网结构，得到行为许可性和结构复杂性同时优化的Petri网控制器设计策略，并从理论上证明了对于任意给定的有界Petri网模型及控制需求，总能找到仅仅包含一个控制库所的最大许可行为控制器; 4) 提出了两种实现Petri网非线性约束的技术方法.