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网络化控制系统Petri网建模与分析

胡红革  
【摘要】:随着科学技术的现代化和工农业生产的规模化发展,以及计算机技术、网络技术与通信技术的高速发展与广泛应用,出现了将自动控制技术、计算机技术和通信技术相结合的网络化控制系统。网络化控制系统的主要特征是系统结构复杂、规模大,系统构成常具有多模式子系统集成的特点。在这类系统中,既有系统行为和特性上的复杂性,也有不确定性导致的复杂性,同时还有多模式集成和控制策略方面的复杂性。具有分层结构复杂性的不同模式子系统之间有着复杂的关联特性,关联性表现为不同模式子系统之间的信息交互作用,这种信息可能是定量信息,也可能是定性信息,有时甚至可能出现模糊的和随机的关联信息。如何对网络化控制系统进行建模和分析,单纯依靠数学工具,将使研究受到局限而无法解决更广泛领域的问题,特别是对于解决难以用数学模型来表征的一类问题则显得无能为力。而计算机领域的一些研究方法和策略正好可以为网络化控制系统的研究带来新的解决问题的思路,Petri网最早就是用于计算机领域问题的研究。 Petri网是一种基于图形化的语言,具有描述、分析复杂系统强大功能。论文中主要从网络化控制系统的形式化建模和分析技术两个方面进行了系统、深入的研究,并利用Petri网的基本性质对网络化控制系统的故障进行分析,特别是系统故障避免的方法等。在借鉴和充分研究计算机通信网络技术、智能控制技术的基础上,研究影响网络化控制系统可靠性的主要因素,针对实际系统的具体要求,研究提高网络化控制系统可靠性的措施和解决方案,对网络化控制系统的整个生命周期的可靠性进行指导。 首先扩展随机Petri网为混合随机Petri网,并对其基本理论进行了严格的论证和推导。然后将随机Petri网应用于两种现场总线Profibus和CAN总线以及以太网的形式化建模和分析,最后对整个网络化控制系统进行建模和性能分析,在文中分别应用Petri的分析方法和软件对建立的模型进行仿真分析。 论文的主要创新成果如下: ① 运用混合随机Petri网对整个网络化控制系统进行了建模和仿真。运用混合随机Petri网对网络化控制系统的故障进行了分析。


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