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离散事件系统是由不规则时间间隔出现的事件序列驱动的一种动态系统。实际的离散事件系统可能会演变到一些禁止状态,例如柔性制造系统中的死锁以及工件碰撞、网络通信系统中的数据包丢失、自动导航车辆系统中的车辆碰撞等等。禁止状态监控就是为系统设计状态反馈监控器以避免闭环系统进入禁止状态。
目前研究离散事件系统监控理论的数学工具主要有自动机、形式语言和Petri网。鉴于Petri网在系统状态表达和处理并发的优势,本论文以Petri网为模型研究控制规范为广义互斥约束(GMEC)的禁止状态监控问题。
事件全部可控的监控问题已经得到了有效解决,但是事件不可控情况下的监控问题仍未得到有效的解决,目前的研究还只能处理几类特殊的监控问题。本论文研究系统存在不可控事件的离散事件系统的监控问题,其主要研究工作概述如下:
在第3章,我们提出了基本广义互斥约束的概念,并针对控制规范为一组基本广义互斥约束的“逻辑与”或者“逻辑或”的监控问题,我们给出了监控器存在的充要条件,并得到了最大允许监控器的综合方法,根据该方法设计的监控器具有较高的计算效率,可以在多项式时间内完成在线计算。在此基础上,针对一组GMEC的“逻辑与”的监控问题,提出了基于约束转换的监控器综合方法。首先,我们证明如果两组约束中的约束一一对应且等价,那么其中一组约束的“逻辑与”和另一组约束的逻辑“与”等价,接着,在此基础上,通过约束转换,我们得到了该组广义互斥约束的“逻辑与”的最大允许监控器。该方法将监控器综合问题简化为约束转换问题,从而指明了有效解决一类监控问题的根本途径。
在第4、5、和6章,我们首先分别定义了前向无同步前向无冲突网(简称FSFCF网)、前向无同步后向无冲突网简称(FSBCF网)和后向无同步网(简称JF网)。接着针对不可控影响子网分别为FSFCF网、FSBCF网和JF网的一组GMEC的“逻辑与”的监控问题,基于本文提出的约束转换法给出了监控器的综合方法,其中包括监控器存在的充要条件和最大允许监控器的算法。
针对事件图和状态机的GMEC,在第7章和第8章我们分别给出了它们混合型监控器的设计方法。在分析事件图和状态机的结构性质的基础上,分别设计了状态使能观测器、路径观测器和库所观测器;最后根据观测器给出了计算最大允许的状态反馈控制策略的算法。和现有的方法相比,我们的方法在适用范围上有所缩小,但是无需对观测子网进行可达性分析,从而避免了指数级的计算复杂性,设计的监控器可以在多项式时间内完成在线计算,计算效率更高。
对本文所提出的监控器综合方法,我们在理论证明的同时,还用较多的例子予以说明和验证。