一类基于时间的Jade结构模型研究

来源:用户上传      作者:

　　摘要：Petri网在对开放的和模型状态多变系统建模时存在困难，该文通过扩展一种可调整Petri网结构的模型来描述系统中时延特性，同时给出其转换到一般的时延Petri网模型算法。该模型基于时间对系统状态空间进行调整，使之适用于系统开发特性和模型多变特性。
　　关键词：Petri网；监控；Jade结构；建模
　　中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）15-0208-02
　　Abstract： Petri nets have been widely applied in the modeling of modern manufacturing systems， while modeling of open and flexible control system is difficult. To resolve the problems efficiently， this work designed an extended Jade structure based on M-space， and this structure was used to modeling and describing the characteristic of timed system. Based on the adjusting of time to system state space， this model was suitable for characteristics of open systems and changeable structure mode.
　　Key words：Petri net； monitor； Jade structure； modeling
　　Petri网（Petri net，PN）建模方法以其直观且简单地使用较小模型表达较大的系统运行空间，通过扩展系统模型，增加Petri网某项属性，来使之符合更多领域应用，如网络协议与安全，多Agent系统，实时任务与性能分析，规则描述等。同时广泛应用于解决离散事件动态系统（Discrete event dynamic system，DEDS）的监控问题。基于Petri网模型的DEDS控制器设计目标是使所设计的控制器能够保证系统的运行满足系统性能设计要求。Petri网作为DEDS逻辑层的建模和分析的主要工具之一，广受青睐，尤其受控Petri网获到控制领域专家的普遍关注。DEDS的核心问题就是系统的监控问题，而监控理论所要研究的问题是确定对应的控制策略使受控对象的行为满足系统控制规范。
　　1 背景介绍
　　基于Petri网模型的DEDS控制器设计目标是使所设计的控制器能够保证系统的运行满足系统性能设计要求。但是在基于Petri网的DEDS监控理论研究中，大多反馈控制器只能针对某一类特殊问题或是一类特殊结构的Petri子网进行综合和分析，因此还存在许多实际的监控问题有待进一步研究。同时这些监控模型仅仅适用于闭环反馈系统，无法描述闭环工业控制系统进入异常或非法状态的情形和开环系统的运行规律。
　　针对DEDS在工业控制领域应用过程中存在的两个问题，即系统开环和系统状态异常变化，本文在模型结构可变的基础上，定义了一种基于时间的Jade结构模型。
　　2基于时间的Jade结构
　　Jade结构模型是一种修改系统状态标识的一类受控模型。这类结构设定一些（或者全部）库所是完全可观可控的。完全可观可控的库所可以随着DEDS监控模型的状态或者事件等来调整系统的状态标识。因而这类系统的监控模型是可以应用在开环的系统中。本节首先引用Jade结构模型；该结构在系统可控的条件下，通过调整系统模型中的一类（或者更多）基本元（库所，变迁，状态，有向弧和其权值等）使得开放的系统可以接受外部输入，同时也遵循Petri网的运行规则。在Jade结构模型的基础上，同时扩展了Jade结构模型，来解决上面的问题。为了使得Jade结构模型应用在更多实际工程，将Jade结构模型分为基于状态和变迁的两类，分别代表基于系统状态和事件的控制器模型。为了说明基于时间的Jade结构模型，以下引用了Jade结构模型相关两个定义。
　　2.1 Jade结构
　　系统运行规则：
　　a）若M[≠]J；则变迁t在状态M下的激发条件和后果，与原型Petri网是一致的；
　　b）若M=J，则在M下的变迁激发是禁止的，称M为临界状态，并对M进行调整。设M′= M + Δ（J）为临界状态M进行调整后的状态，则t在状态M′下的激发条件和后果，与原型Petri网是一致的。
　　M-Jade结构模型是基于系统状态的一类结构模型。为了防止复杂系统的或者无界的模型进入非法状态，M-Jade结构模型要求搜索系统全部或者局部的状态。同时M-Jade结构模型对系统调整仅是一种正向的调整。
　　为了解决上面的问题，可以为M-Jade结构模型进行各类扩展，包括系统状态扩展（第一类），不等式约束扩展（第二类）和负向扩展（第三类）等等。这些扩展模型特性，以及与Petri网原型转换算法在文献[10]中有较多的描述，此处不再赘述。
　　2.3基于时间的Jade结构
　　Δ（τ）有多种应用，如 Δ（τ）对应原系统的状态集中状态函数集。此处“非负”指Δ（τ）进行状态变换后系统状态中库所的托肯数为非负，而其本身某个函数的分量可为负数。
　　同其它Jade结构模型一样，基于时间的Jade结构模型，如定义3描写的模型能转换为时延变迁Petri网模型。
　　3 结束语
　　通过分析离散事件动态系统监控理论，定义了Jade结构模型，使之解决工业控制系统中开环和状态异常两个问题。并且本文在此基础上进一步扩展了Jade结构模型，在系统状态集中添加基于时间的状态转换函数。 　　参考文献：
　　[1] 吴哲辉. Petri网导论[M]. 北京： 机械工业出版社， 2006.
　　[2] 白云莉， 叶新铭. 基于Petri网的密码协议形式化建模[J]. 计算机科学， 2012， 39（8）： 70-74.
　　[3] YU Zhenhua， CAI Yuanli. Object-oriented Petri nets based architecture description language for multiagent systems[J]. International Journal of Computer Science and Network Security（S1738-7906）， 2006， 6（1B）： 123-131.
　　[4] 周如旗， 陈忆群， 冯嘉礼. 基于定性映射的粒逻辑及其Petri网推理算法[J]. 计算机科学， 2012， 39（11）： 221-225.
　　[5] 刘小平， 韩江洪， 魏振春. 基于有色Petri网的车身控制系统建模方法[J]. 汽车工程， 2009， 31（8）： 698-701.
　　[6] 姜浩， 周燕. 一种离散随机Petri网的性能计算和分析方法[J]. 东南大学学报： 自然科学版， 2007， 37（6）： 964-969.
　　[7] 基于Petri网和多Agent的复杂产品协同仿真环境体系[J]. 中国机械工程， 2009， 20（17）： 2067-2072.
　　[8] 张志明. 柔性制造系统死锁预防的Petri网控制器综合[D]. 杭州： 浙江大学， 2010.
　　[9] Fang Hua， HAN Jianghong， An extended model of Petri net and application in DEDS[C]. 2nd International Conference on Information Science and Engineering， Dec4-6， Hangzhou， ICISE2010-proceedings， 2010： 4933-4936.
　　[10] 方华. 复杂离散事件动态系统的Petri网建模方法与应用[D]. 合肥： 合肥工业大学， 2011.
　　[11] 胡核算. 自动化制造系统的Petri网控制器设计与优化[D]. 西安： 西安电子科技大学， 2010.
　　[12] Reggie Davidrajuh. Extending a Petri Net Simulator as a Real-Time Control Simulator[C]. IEEE International Conference on Control System， Computing and Engineering， 2011： 437-442.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-11723886.htm