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随着计算、通信和传感器技术的快速发展，大量的复杂动态系统比如自动制造系统，智能交通系统和物流系统等应运而生，它们都具有混合命令、控制、通信和信息问题的特征。由于各种信号的并发和冲突以及人为设计的运行规则，系统状态只能通过随时间异步发生的离散事件来改变。因此，这类人造系统通常被视为离散事件系统。特别地，由Ramadge和Wonham共同提出的监督控制理论为离散事件系统的控制提供了有力的支撑，其特点在于一些被称为可控事件的发生可通过建立状态反馈控制机制被禁止，从而使系统的行为限定于给定的控制规范和需求。
建模和性能评估在离散事件系统设计和控制中起着至关重要的作用，因此选择合适的数学建模工具是关键。Petri网强大的异步并发等表达能力使其在离散事件系统建模中受到了研究人员的广泛关注。在Petri网框架内，监督控制旨在离散事件系统上实施各种类型的控制规范，比如资源的上溢或下溢，死锁预防和活性实施等。通常，系统的控制规范可定义为一组合法的可达标识，并且可以通过求解基于状态的控制问题来设计监督控制器，从而在Petri网系统上通过限制闭环系统的可达状态来实施这些规范。一般情况下，一组合法标识可由称为广义互斥约束(Generalized Mutual Exclusion Constraints，GMECs)的线性不等式表示，并由基于控制库所的控制器有效地实施。
近三十年来，关于逻辑(未赋时)Petri网建模的离散事件系统的监督控制已经有了大量研究工作。然而，考虑时间信息对于诸如运输系统、通信协议或实时系统的控制规范和验证，以及研究系统状态估计，状态反馈控制和故障诊断等问题至关重要。原因在于时间结构可以提供系统在特定时间内有效生成的序列的附加信息。因此，变迁具有发射时间约束的时间Petri网被广泛用于实时系统的建模和验证。然而，关于时间Petri网系统监督控制的文献报道较少，其主要原因是赋时系统会产生状态爆炸等问题。为此，本文旨在利用时间信息和监督控制的方法在时间Petri网系统上实施GMECs，以此来获得许可行为更多且无死锁的控制系统。首先，不考虑受控时间Petri网系统的死锁问题，也即假设闭环系统是无死锁的，通过设计最优控制器来实施GMECs；其次，考虑由GMECs的实施引发的死锁问题，在闭环系统中设计最优且无死锁的控制器来确保其安全运行。主要研究成果如下：
1.给定一个控制规范，该规范要求将系统的可达集限制在一组合法状态之内，通常可以从结构和行为两个角度来实施系统的可控性。事实上，结构可控性可以在控制器设计阶段单独考虑，方法是限制控制器使其不具有指向不可控变迁的弧。而行为可控性对可达性预处理阶段和控制器设计都有影响，这通常要求系统不会通过发射不可控变迁而进入非法状态。因此，本文将逻辑Petri网系统的行为可控性概念拓展到受控的时间Petri网系统。
2.为了减少时间Petri网系统控制综合的计算成本，本文首先忽略网系统中与变迁相关联的时间信息，利用现有的在逻辑Petri网系统上实施GMECs的方法计算一个逻辑监督控制律。由此时间Petri网系统的演化可以被限制在一个适当的区域内，以避免对整个状态空间的搜索来进行控制综合。然后，基于时间Petri网系统状态抽象的典型工具，即改进状态类图(Modified State Class Graph，MSCG)，提出了部分改进状态类图(Partial Modified State Class Graph， PMSCG)，其代表由发射不可控变迁而生成的状态集，因此其规模较小。
3.假设所考虑的时间Petri网的变迁都是可观的，但是某些可控变迁的发射可被禁止以避免系统进入违反GMECs的状态。为有效实施GMECs，本文设计了一种基于逻辑监督控制律的在线控制算法。当一个可控变迁的发射违反逻辑监督控制律时，该算法通过在线计算一组PMSCG并求解线性规划问题来评估是否应禁止上述可控变迁的发射。与此同时，该方法被证明能以最大许可的方式实施行为可控性。
4.当一组GMECs由基于控制库所的控制器实施时，闭环系统可能会失去无死锁性。因此，本文首先计算一个逻辑监督控制律来无死锁执行GMECs，然后提出了一种精简改进状态类图(Reduced Modified State Class Graph， RMSCG)，其表示系统通过发射一组特定的变迁而生成的状态空间。这组特定的变迁(包括可控与不可控)取决于当前时刻要在系统上执行的转换GMECs。注意该转换GMECs与逻辑监督控制律相关，因此与给定的原始GMECs有所不同。特别地，只有当可控变迁的发射违反逻辑监督控制律时，RMSCG才需要被计算。
5.基于上述RMSCG，本文提出了一种无死锁闭环控制综合的方法来为每个当前状态下使能的可控变迁计算一个控制函数。特别地，该综合方法通过解决基于一组RMSCG制定的线性规划问题来判断可控变迁是否可以发射。最后，所提出的方法被证明能以最大许可的方式实施GMECs和无死锁，即关于时间Petri网系统的合法标识集在控制函数下是无死锁可控的。简而言之，系统不会从属于该合法标识集中的标识到达禁止标识，故闭环系统没有死锁。
最后，在总结本论文工作的基础上，对时间Petri网系统监督控制的未来工作进行了展望。
建模和性能评估在离散事件系统设计和控制中起着至关重要的作用，因此选择合适的数学建模工具是关键。Petri网强大的异步并发等表达能力使其在离散事件系统建模中受到了研究人员的广泛关注。在Petri网框架内，监督控制旨在离散事件系统上实施各种类型的控制规范，比如资源的上溢或下溢，死锁预防和活性实施等。通常，系统的控制规范可定义为一组合法的可达标识，并且可以通过求解基于状态的控制问题来设计监督控制器，从而在Petri网系统上通过限制闭环系统的可达状态来实施这些规范。一般情况下，一组合法标识可由称为广义互斥约束(Generalized Mutual Exclusion Constraints，GMECs)的线性不等式表示，并由基于控制库所的控制器有效地实施。
近三十年来，关于逻辑(未赋时)Petri网建模的离散事件系统的监督控制已经有了大量研究工作。然而，考虑时间信息对于诸如运输系统、通信协议或实时系统的控制规范和验证，以及研究系统状态估计，状态反馈控制和故障诊断等问题至关重要。原因在于时间结构可以提供系统在特定时间内有效生成的序列的附加信息。因此，变迁具有发射时间约束的时间Petri网被广泛用于实时系统的建模和验证。然而，关于时间Petri网系统监督控制的文献报道较少，其主要原因是赋时系统会产生状态爆炸等问题。为此，本文旨在利用时间信息和监督控制的方法在时间Petri网系统上实施GMECs，以此来获得许可行为更多且无死锁的控制系统。首先，不考虑受控时间Petri网系统的死锁问题，也即假设闭环系统是无死锁的，通过设计最优控制器来实施GMECs；其次，考虑由GMECs的实施引发的死锁问题，在闭环系统中设计最优且无死锁的控制器来确保其安全运行。主要研究成果如下：
1.给定一个控制规范，该规范要求将系统的可达集限制在一组合法状态之内，通常可以从结构和行为两个角度来实施系统的可控性。事实上，结构可控性可以在控制器设计阶段单独考虑，方法是限制控制器使其不具有指向不可控变迁的弧。而行为可控性对可达性预处理阶段和控制器设计都有影响，这通常要求系统不会通过发射不可控变迁而进入非法状态。因此，本文将逻辑Petri网系统的行为可控性概念拓展到受控的时间Petri网系统。
2.为了减少时间Petri网系统控制综合的计算成本，本文首先忽略网系统中与变迁相关联的时间信息，利用现有的在逻辑Petri网系统上实施GMECs的方法计算一个逻辑监督控制律。由此时间Petri网系统的演化可以被限制在一个适当的区域内，以避免对整个状态空间的搜索来进行控制综合。然后，基于时间Petri网系统状态抽象的典型工具，即改进状态类图(Modified State Class Graph，MSCG)，提出了部分改进状态类图(Partial Modified State Class Graph， PMSCG)，其代表由发射不可控变迁而生成的状态集，因此其规模较小。
3.假设所考虑的时间Petri网的变迁都是可观的，但是某些可控变迁的发射可被禁止以避免系统进入违反GMECs的状态。为有效实施GMECs，本文设计了一种基于逻辑监督控制律的在线控制算法。当一个可控变迁的发射违反逻辑监督控制律时，该算法通过在线计算一组PMSCG并求解线性规划问题来评估是否应禁止上述可控变迁的发射。与此同时，该方法被证明能以最大许可的方式实施行为可控性。
4.当一组GMECs由基于控制库所的控制器实施时，闭环系统可能会失去无死锁性。因此，本文首先计算一个逻辑监督控制律来无死锁执行GMECs，然后提出了一种精简改进状态类图(Reduced Modified State Class Graph， RMSCG)，其表示系统通过发射一组特定的变迁而生成的状态空间。这组特定的变迁(包括可控与不可控)取决于当前时刻要在系统上执行的转换GMECs。注意该转换GMECs与逻辑监督控制律相关，因此与给定的原始GMECs有所不同。特别地，只有当可控变迁的发射违反逻辑监督控制律时，RMSCG才需要被计算。
5.基于上述RMSCG，本文提出了一种无死锁闭环控制综合的方法来为每个当前状态下使能的可控变迁计算一个控制函数。特别地，该综合方法通过解决基于一组RMSCG制定的线性规划问题来判断可控变迁是否可以发射。最后，所提出的方法被证明能以最大许可的方式实施GMECs和无死锁，即关于时间Petri网系统的合法标识集在控制函数下是无死锁可控的。简而言之，系统不会从属于该合法标识集中的标识到达禁止标识，故闭环系统没有死锁。
最后，在总结本论文工作的基础上，对时间Petri网系统监督控制的未来工作进行了展望。