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符号化离散事件系统监控器综合及其在联锁系统中的应用
| 论文题名： | 符号化离散事件系统监控器综合及其在联锁系统中的应用 |
| 关键词： | 车站联锁系统;离散事件系统;自动机Petri网;监督控制理论;进程通信图;有序二叉决策图 |
| 摘要： | 离散事件系统(Discrete Event System，DES)是指系统的状态在一些离散的时间点上由于某种事件的驱动而发生改变的系统，其事件的发生和持续具有突发性和难以预料性，因此，DES的正常运行离不开有效地监督控制[1]。由Ramadge和Wonham所提出的监督控制理论(Supervisory Control Theory，SCT)是以形式语言与自动机为理论基础研究DES的一种方法[2]，[3]。 对于DES系统的描述和控制必须着重考虑事件和状态这两个因素：一方面以形式语言为工具描述离散时间的发生和系统的运行行为；另一方面采用谓词演算为工具的状态反馈来控制状态的转换。无论哪一方面的研究，所处理的问题都是离散量[4]。因此在监督控制器的实现上，计算复杂度的问题是不容忽略的。 一个模型的复杂度与其包含的状态数直接相关。其包含的子元件个数越多，每个元件的状态数越多，对应的状态空间也就越庞大。为了缓解状态空间爆炸，我们采用了一种高效的数据结构—二叉决策图(Binary Decision Diagrams，BDD)—来压缩系统的可达状态在计算机中的存储空间[5]。在此基础之上，我们进行监督控制器的设计和实现。 为了验证该套基于SCT的试验方法，本文以生产传输线模型和车站联锁系统为案例，对该套实验方法的实现和评估。其中以车站联锁系统为核心，根据联锁表制定的控制规则，通过对每一步的状态变迁添加Guards，避免系统进入任何危险状态和死锁状态。同时，保证系统联锁在规范以内的最大的安全运行空间[6]。 案例分析中的车站联锁系统，其理论上的状态数达到了1016之多，相比较于传统的哲学家问题、皇后问题以及监督控制理论的设计在当前铁路系统中的应用，该问题所涉及的状态空间可以被认为是大规模的。因此，该问题的进一步研究，为监督控制理论在工程上的实际应用提供了新的思路。 正文首先介绍了文章所涉及的主要数学方法，包括形式语言基础、离散事件系统及其可达状态分析的介绍、进程通信图的概念、二叉决策图基础核心内容。接下来，我们详细讨论了如何应用监督控制理论解决离散事件系统的控制问题。最后，这一设计方法分别在学术界模型和工业界模型中的实现，并对实验的数据进行分析和总结，给出进一步的改进和未来的研究方案。 |
| 作者： | 杨光 |
| 专业： | 自动化 |
| 导师： | 唐涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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