离散事件系统的监督控制重构及其优化方法的研究

监督控制系统在线重构是实现离散生产系统快速生产转换的一个关键技术。监督控制系统重构问题现已成为离散事件系统（DES）研究领域的一个热点，其中监督控制系统重构优化问题是迫切需要解决的难点。围绕监督控制系统重构问题，项目组前期已经提出了一类Petri网控制器的自动重构方法，但不能保证重构结果最优。本项目将解决单位合取资源配置系统（SC-RAS）这类典型DES的监督控制系统的重构及其优化难题，首先研究资源配置控制规范可变的SC-RAS监督控制系统动态重构的基本原理及重构机制设计；然后建立监督控制系统重构优化问题的整数规划模型，给出基于Pareto遗传算法的重构执行方案的约束多目标优化方法；最后给出重构中产生的死锁的异步处理方案与化解方法，同时完成仿真与实验研究。本项目研究有望形成监督控制系统优化重构创新方法，丰富现有研究手段，为DES监督控制重构理论的研究作出贡献。

由于具有处理离散事件系统（DES）的资源故障、能力退化、任务变化等不确定性的能力，监督控制重构问题越来越受关注，现已成为离散事件系统（DES）研究领域的一个热点，但研究整体上仍处于起步阶段，其中监督控制优化重构问题是迫切需要解决的难题之一。项目组围绕在各类生产系统中具有广泛代表性的资源配置系统（RAS）的监督控制系统的优化重构难题展开研究，着重建立闭环系统优化鲁棒地适应系统给定任务的变化的理论方法，即任务变化下的系统监督控制重构。对实际生产系统（如信息服务系统）而言，这种可重构性对于适应其任务的变化是经济有效的。研究形成了基于Petri网和整数规划的资源配置系统的鲁棒监督重构理论与方法。首先，提出一种鲁棒重构机制，用于更新基于P不变式的监控器，以及进行闭环系统状态的演化。闭环系统通过其状态的自动调节来适应控制规范的变化。这样闭环系统的鲁棒性得以完全的利用并且避免了对监督控制器不必要的修改。这在以前的工作中未有体现。其次，提出两种新颖的考虑重构步长和重构动作成本最低目标的控制重构的整数规划模型，分别称为带可接受性检查的重构模型（RMA）和带规范修正的重构模型（RMSC）。两种模型都是用以搜索代表重构动作的变迁触发序列，用于执行闭环系统的状态演化。实施鲁棒重构时，要求RMA优先于RMSC使用，而RMSC只在新规范不可接受的情况下才使用。由于两种模型都集成了变迁的可触发性条件，状态可达性分析就无需额外的努力。最后，将提出的理论方法应用于医院应急服务信息系统中。此项目的研究成果已达到国际领先水平，其中鲁棒监督控制重构的概念和方法属于首创，可以规避现有工作不能评估和充分利用闭环系统鲁棒性的缺点，以及减少了重构的成本。成果已经为Automatica，IEEE Transactions on SMC-A等国际顶级期刊所发表或录用，丰富和引领了现有研究手段，为DES监督控制重构理论的研究作出贡献。