Java平台下基于可达图分析的Petri网线性控制器设计

作     者：孙小娜 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段江涛

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 081202[工学-计算机软件与理论] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：Petri网 仿真软件平台 死锁控制 简化规则 单一持有者资源库所 

摘      要：Petri网作为一种强大的数学建模工具,广泛应用在柔性制造系统(Flexible Manufacturing Systems,FMS)的建模、分析、控制和仿真中。然而,复杂Petri网模型的分析计算都依赖于Petri网仿真软件。因此,Petri网建模仿真软件的研究和开发是应用Petri网解决实际问题的关键之一。死锁是FMS设计过程中不可避免的问题,基于可达图的死锁预防策略往往会得到最大许可行为的系统。根据区域理论,Petri网的可达图分为活区和死区两个部分,基于该理论通过迭代求解线性规划来设计活性控制器,从而实现系统的死锁控制。向量覆盖方法的提出,能够有效减少需要考虑的标识数量,包括首遇坏标识和合法标识。运用向量覆盖方法前,需要枚举出系统所有的可达状态,在复杂系统中可能会出现状态爆炸问题。本文针对上述Petri网建模软件和死锁控制两方面的问题进行了研究,主要完成了以下工作:1.本文综合了Petri网简化方法和向量覆盖方法,采用先简化网后设计控制器的思想来实现系统的死锁控制。简化网时,本文在已有简化六原则的基础上,补充了简化规则。针对FMS的Petri网模型,从T-不变式的角度出发,提出了T-不变式简化规则。对于FMS的Petri网模型,首先依据T-不变式简化规则和简化六原则对其进行简化得到简化网;然后运用向量覆盖方法计算简化网设计活性控制器时需要考虑的首遇坏标识和合法标识;最后对简化网设计活性控制器,从而实现原网的死锁控制。Petri网简化方法和向量覆盖方法的结合,不仅能够有效减少需要计算的可达状态的数量,而且进一步减少了需要考虑的首遇坏标识和合法标识的数量,从而提高了控制器的设计效率。2.对于复杂的Petri网,运用简化规则得到对应的简化网,该简化网依然可能存在状态爆炸问题。在这种情况下,本文针对SPR(System of Simple Sequential Processes with Resources)网提出了单一持有者资源库所的概念,给出了单一持有者资源库所的简化规则。结合该简化规则、T-不变式简化规则和简化六原则来简化SPR网从而设计活性控制器,使得需要计算的可达状态的数量更进一步减少,从而进一步提高控制器的设计效率。3.本文对已有的Java平台Petri网仿真软件V1.0进行了优化改进和功能扩展。首先修复了软件平台存在的问题,包括修改了软件的核心架构,使软件系统层次更加分明;解决了软件界面重复的问题;删除了冗余的代码等。其次增加了简化模块和死锁控制模块,并增加了该软件和PIPE软件通过XML文件进行交互的功能;最后对优化扩展后的Petri网仿真软件V1.0进行了全面的功能测试,结果表明,该软件稳定可靠,建模仿真方便快捷,分析结果准确无误。