專利名稱：基于事件控制函數(shù)的離散事件系統(tǒng)監(jiān)控器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于離散事件系統(tǒng)的控制領(lǐng)域，尤其涉及到離散事件系統(tǒng)的監(jiān)督控制方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信和傳感器技術(shù)的發(fā)展，以柔性制造系統(tǒng)為代表的離散事件系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中涌現(xiàn)得越來越多，如計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)、交通控制系統(tǒng)、高度集中指揮、控制、通信和信息系統(tǒng)、車輛和大型建筑中的先進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)，分布式軟件系統(tǒng)等等。這些系統(tǒng)的行為都是由人類制定的運(yùn)行規(guī)則來管理。以往的監(jiān)督控制方法都是將離散事件系統(tǒng)的模型、系統(tǒng)的控制指標(biāo)以及系統(tǒng)監(jiān)督控制器的設(shè)計(jì)建立在有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型上，從而建立起一套建模、分析和綜合控制器的方法。 但是隨著離散事件系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型的建模變得很復(fù)雜和困難，因此如何對這類系統(tǒng)進(jìn)行建模是一個(gè)很實(shí)際的問題。另外，基于有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型所設(shè)計(jì)的監(jiān)督控制器(簡稱控制器)也隨著被控對象模型的復(fù)雜而變得龐大。已有文獻(xiàn)指出，基于有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型設(shè)計(jì)控制器的綜合算法與被控系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)呈多項(xiàng)式關(guān)系。系統(tǒng)總的自動(dòng)機(jī)模型是由系統(tǒng)各個(gè)組件的自動(dòng)機(jī)模型經(jīng)過同步積得到，系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)和系統(tǒng)中組件的個(gè)數(shù)呈指數(shù)關(guān)系，也就是說，基于有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型設(shè)計(jì)控制器的綜合算法與系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)呈指數(shù)關(guān)系，這就是所謂的控制器規(guī)模隨著狀態(tài)數(shù)的增長呈現(xiàn)出“爆炸式”增長問題。因此，對于較大規(guī)模(指系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)規(guī)模)的系統(tǒng)，基于自動(dòng)機(jī)模型的監(jiān)督控制器難以被實(shí)現(xiàn)。注意到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程可以由各個(gè)組件的動(dòng)態(tài)過程的組合來表示，比如系統(tǒng)的狀態(tài)可以表示為各個(gè)組件的狀態(tài)的叉積形式，系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)也可以表示為各個(gè)組件中狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)的叉積。系統(tǒng)的控制指標(biāo)可以表示為各個(gè)組件的狀態(tài)組成的集合并且該集合以謂詞形式給出，系統(tǒng)的監(jiān)督控制器可以表示為事件的控制函數(shù)，該函數(shù)是關(guān)于系統(tǒng)中各個(gè)組件狀態(tài)的函數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于事件控制函數(shù)的離散事件系統(tǒng)監(jiān)督控制器，包括控制裝置，其特征在于，根據(jù)不同的控制任務(wù)，所述控制裝置包括若干個(gè)控制單元，一個(gè)管理單元，一個(gè)事件選擇單元和一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元。所述系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元包含事件接收單元，狀態(tài)記憶單元，系統(tǒng)每個(gè)組件的抽象模型和狀態(tài)組合單元。其特征在于，事件接收單元接收系統(tǒng)當(dāng)前執(zhí)行的事件；狀態(tài)記憶單元記憶上一時(shí)刻系統(tǒng)各個(gè)組件所處的狀態(tài)；系統(tǒng)各個(gè)組件的抽象模型包含系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，即系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程信息，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前執(zhí)行的事件和記憶單元中存儲(chǔ)的上一時(shí)刻的狀態(tài)，可以決定該組件當(dāng)前時(shí)刻所處的狀態(tài)，并且把該狀態(tài)輸出給狀態(tài)組合單元和狀態(tài)記憶單元。狀態(tài)組合單元根據(jù)系統(tǒng)各個(gè)組件輸出的當(dāng)前時(shí)刻所處的狀態(tài)，組合出整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)，并且輸出給各個(gè)控制單元和管理單元，以此完成系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤的任務(wù)。所述控制單元和管理單元具有相似的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一個(gè)控制決策單元和一個(gè)事件輸出單元?？刂茮Q策單元由每個(gè)事件的控制函數(shù)組成，因此是一個(gè)控制函數(shù)的序列。每個(gè)控制單元的作用是使被控系統(tǒng)滿足一部分控制指標(biāo)的要求。管理單元的作用是管理各個(gè)控制單元，協(xié)調(diào)各個(gè)控制單元的輸出，使被控系統(tǒng)最后是非阻塞的。所述控制函數(shù)決定哪些事件能夠發(fā)生，并且把能夠發(fā)生的事件輸出給事件輸出單元。事件輸出單元把該控制單元或者管理單元中能夠發(fā)生的事件匯集成一個(gè)集合，輸出給事件選擇單元。所述事件選擇單元根據(jù)控制單元和管理單元的事件輸出，決定哪些事件能夠被控制裝置使能，即能夠發(fā)生。本發(fā)明還提供了一種基于事件控制函數(shù)的離散事件系統(tǒng)監(jiān)督控制器的控制方法，其特征在于，包含以下步驟
第一步，分析系統(tǒng)特征，定義事件和狀態(tài)，建立系統(tǒng)中各個(gè)組件的抽象模型。第二步，分析被控系統(tǒng)的控制指標(biāo)，根據(jù)不同的控制任務(wù)，將總的控制指標(biāo)劃分為若干個(gè)子控制指標(biāo)，并對每個(gè)子控制指標(biāo)以事件控制函數(shù)的形式給出控制規(guī)則，構(gòu)成各個(gè)控制單元。根據(jù)這些控制規(guī)則，給出以事件控制函數(shù)形式的管理單元的規(guī)則。第三步，對被控系統(tǒng)進(jìn)行控制。本發(fā)明通過控制事件的發(fā)生與否實(shí)現(xiàn)對被控系統(tǒng)的控制。根據(jù)當(dāng)前被控系統(tǒng)中發(fā)生的事件和當(dāng)前被控系統(tǒng)所處的狀態(tài)，各個(gè)控制單元和管理單元輸出各自的使能事件集合，然后事件選擇單元選擇那些被所有控制單元和管理單元都使能的事件作為該狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，控制裝置把這些事件反饋給被控系統(tǒng)，其他事件都將被控制裝置禁止，不能發(fā)生。對于該控制方法，優(yōu)選的技術(shù)方案為，第一步，建立系統(tǒng)中各個(gè)組件的抽象模型，該抽象模型選用自動(dòng)機(jī)模型。對于每個(gè)組件的自動(dòng)機(jī)模型，都用列表的形式來表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，列表包含三列第一列存儲(chǔ)源狀態(tài)，第二列存儲(chǔ)事件，第三列存儲(chǔ)目標(biāo)狀態(tài)。這樣列表中每一行的三個(gè)元素就構(gòu)成了〈源狀態(tài)，事件，目標(biāo)狀態(tài)〉的三元組，其中源狀態(tài)代表當(dāng)前系統(tǒng)所在的狀態(tài)，事件代表在當(dāng)前狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，目標(biāo)狀態(tài)代表在當(dāng)前狀態(tài)下如果事件發(fā)生，系統(tǒng)將達(dá)到的下一個(gè)狀態(tài)。如果在一個(gè)源狀態(tài)下有多個(gè)事件發(fā)生，假設(shè)為j(j>l)個(gè)事件，那么在列表中需要j行來表示這種情況，即第一行表示〈源狀態(tài)，事件1，目標(biāo)狀態(tài)1>，……，〈源狀態(tài)，事件j，目標(biāo)狀態(tài)j>。各個(gè)組件的抽象模型的建立步驟如下步驟201，定義系統(tǒng)各個(gè)組件中的事件和狀態(tài)集合，不同的事件和狀態(tài)相應(yīng)的事件名和狀態(tài)名不能相同。步驟202，把初始狀態(tài)作為第一個(gè)源狀態(tài)寫入狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系列表的第一行第一列的位置。步驟203，分析組件的動(dòng)態(tài)過程，確立在該源狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，假設(shè)有j個(gè)事件。步驟204，把第一個(gè)事件寫入該行第二列的位置，然后確定該源狀態(tài)在第一個(gè)事件發(fā)生后所到達(dá)的狀態(tài)，并且把該狀態(tài)寫入該行第三列的位置，即目標(biāo)狀態(tài)。步驟205，把該源狀態(tài)寫入下一行第一列的位置，把下一個(gè)事件寫入該行第二列的位置，然后確定該源狀態(tài)在該事件發(fā)生后所到達(dá)的狀態(tài)，并且把該狀態(tài)寫入該行第三列的位置，即目標(biāo)狀態(tài)。
步驟206，重復(fù)上述步驟205直到和j個(gè)事件相對應(yīng)的j個(gè)轉(zhuǎn)移關(guān)系全部寫入列表。步驟207，把列表第三列的第一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)寫入列表接下來一行的第一列位置，把它當(dāng)做一個(gè)源狀態(tài)，重復(fù)步驟203到步驟206，把該源狀態(tài)下的所有轉(zhuǎn)移關(guān)系都寫入列表。步驟208，取列表第三列的下一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)。步驟209，判斷該狀態(tài)是否已經(jīng)在列表的第一列里，如果否，執(zhí)行步驟210 ;如果是，執(zhí)行步驟211。步驟210，把該狀態(tài)寫入列表第一個(gè)空行的第一列 位置，回到步驟207。步驟211，判斷該狀態(tài)所在的列是否是列表的最后一列，如果否，回到步驟208 ;如果是，執(zhí)行步驟212步驟212，整個(gè)抽象模型的建立過程結(jié)束，所得到的列表即為組件的自動(dòng)機(jī)模型。更進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為，第二步，對每個(gè)組件定義一個(gè)全局唯一的變量，變量的取值范圍分為是該組件的狀態(tài)空間，控制規(guī)則和管理規(guī)則是每個(gè)事件關(guān)于這些變量的函數(shù)。第二步包含以下步驟步驟301，根據(jù)不同的控制任務(wù)，將系統(tǒng)的控制指標(biāo)劃分為若干子控制指標(biāo)；步驟302，對每個(gè)子控制指標(biāo)定義以事件控制函數(shù)形式的控制規(guī)則；步驟303，定義管理單元的以事件控制函數(shù)形式的控制規(guī)則。再進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為，第三步，對被控系統(tǒng)進(jìn)行控制，包含以下步驟步驟401，控制裝置接收由被控系統(tǒng)發(fā)送的當(dāng)前發(fā)生的事件信息；步驟402，系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元中的事件接收單元接收到該事件；步驟403，系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元中的各個(gè)組件模型讀取狀態(tài)記憶單元中存儲(chǔ)的該組件的上一時(shí)刻的狀態(tài)；步驟404，各個(gè)組件模型讀取事件接收單元中的事件；步驟405，各個(gè)組件模型根據(jù)上一時(shí)刻的狀態(tài)和剛發(fā)生的事件，從狀態(tài)轉(zhuǎn)移列表中獲得該組件當(dāng)前的狀態(tài)；步驟406，各個(gè)組件把當(dāng)前狀態(tài)傳輸給狀態(tài)記憶單元，更新狀態(tài)記憶單元中存儲(chǔ)的狀態(tài)為當(dāng)前狀態(tài)；步驟407，各個(gè)組件把當(dāng)前狀態(tài)傳送給狀態(tài)組合單元；步驟408，狀態(tài)組合單元把各個(gè)組件獨(dú)立的狀態(tài)組合為系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，并且把該狀態(tài)傳送給各個(gè)控制單元和管理單元；步驟409,對每一個(gè)控制單元i (i=l,…，η),控制決策單元i接收到當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)信息，每個(gè)事件的控制函數(shù)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)決定該事件是否能發(fā)生，如果能，把該事件發(fā)送給事件輸出單元i。事件輸出單元把所有能夠發(fā)生的事件組成一個(gè)集合，發(fā)送給事件選擇單元；步驟410，對管理單元，控制決策單元接收到當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)信息，每個(gè)事件的控制函數(shù)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)決定該事件是否能發(fā)生，如果能，把該事件發(fā)送給事件輸出單元。事件輸出單元把所有能夠發(fā)生的事件組成一個(gè)集合，發(fā)送給事件選擇單元；步驟411，事件選擇單元根據(jù)各個(gè)控制單元和管理單元發(fā)送來的使能事件集合，選擇那些被所有控制單元和管理都使能的事件作為系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，并且把這些事件組成集合反饋給被控系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明中，各個(gè)控制單元和管理單元的系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元主要由各個(gè)組件的抽象模型并行運(yùn)行來組成，不需要求各個(gè)組件的同步積，因此，對較大規(guī)模的系統(tǒng)依然能設(shè)計(jì)出可行的監(jiān)督控制器。本發(fā)明中，針對不同的控制任務(wù)(指標(biāo))，給出相對獨(dú)立的控制規(guī)則，有利于結(jié)構(gòu)分散并且控制任務(wù)多變的系統(tǒng)使用，當(dāng)系統(tǒng)添加控制任務(wù)或者減少控制任務(wù)時(shí)，只需要添加或者刪除相應(yīng)的控制單元，然后再修改管理單元即可，不需要修改其他的控制單元。本發(fā)明引入了管理單元來管理各個(gè)控制單元，保證最終的閉環(huán)控制系統(tǒng)非阻塞。
本發(fā)明提出的以事件控制函數(shù)為基礎(chǔ)的離散事件系統(tǒng)監(jiān)督控制器，能夠有效的避免控制器狀態(tài)爆炸式增長問題，解決了一類離散事件系統(tǒng)的控制問題，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)達(dá)到1010時(shí)，依然能夠設(shè)計(jì)出可用的監(jiān)督控制器，并且保證閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行特征滿足控制指標(biāo)的要求且是非阻塞的。


圖I為本發(fā)明中的監(jiān)督控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為各個(gè)控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為管理單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為被控系統(tǒng)各個(gè)組件抽象模型的建立流程示意圖。圖6為對被控系統(tǒng)進(jìn)行控制的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。一種基于事件控制函數(shù)的離散事件系統(tǒng)監(jiān)控器及其控制方法。以下具體說明所述監(jiān)控器的結(jié)構(gòu)和控制方法的具體實(shí)施過程。首先對本發(fā)明提出的基于事件控制函數(shù)的離散事件系統(tǒng)監(jiān)控器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I所示，圖I中的控制裝置時(shí)被發(fā)明所涉及到的監(jiān)控器的結(jié)構(gòu)示意圖。它包含系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元，控制單元I 控制單元n，管理單元，事件選擇單元。圖2所示為系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元的結(jié)構(gòu)示意圖，它包含事件接收單元，狀態(tài)記憶單元，組件I的抽象模型 組件k的抽象模型，狀態(tài)組合單元。圖3所示為控制單元i的結(jié)構(gòu)示意圖，它包含控制決策單元i和事件輸出單元i。圖4為管理單元的結(jié)構(gòu)示意圖，它包含控制決策單元和事件輸出單元。在本實(shí)施例中，被控離散事件系統(tǒng)內(nèi)部包含多個(gè)事件傳感器，檢測事件是否發(fā)生，以及相應(yīng)的執(zhí)行器，來產(chǎn)生事件。假設(shè)被控離散事件系統(tǒng)由k個(gè)組件組成，分別為組件I 組件k，第i個(gè)組件有mi個(gè)狀態(tài)，各個(gè)組件的狀態(tài)表示如下第一個(gè)組件為Ql=(qlO, qll, ql2,…，qlml)，第二個(gè)組件為 Q2= (q20, q21, q22,…，q2m2)，…，第 k 個(gè)組件為Qk=CqkO, qkl, qk2,…，qkmk)，因此系統(tǒng)的狀態(tài)為Q=Ql X Q2 X……XQk ;系統(tǒng)的控制指標(biāo)有η個(gè)控制任務(wù),因此需要η個(gè)控制單元,分別為控制單元I 控制單元η。
在本實(shí)施例中，監(jiān)控器各組成部分的優(yōu)選結(jié)構(gòu)如下在系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元中狀態(tài)記憶單元是監(jiān)控器內(nèi)存中的一片存儲(chǔ)空間，采用〈組件，狀態(tài)〉對的形式存儲(chǔ)各個(gè)組件當(dāng)前的狀態(tài)。比如，組件I當(dāng)前的狀態(tài)為ql5，則狀態(tài)記憶單元中存儲(chǔ)〈組件1，ql5>來表不。組件I一組件k的抽象模型采用自動(dòng)機(jī)模型來表示，具體到本實(shí)施例中，采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移列表來表不。狀態(tài)組合單元把各個(gè)組件輸出的狀態(tài)組合成一個(gè)集合，來表示系統(tǒng)狀態(tài)。
在控制單元i (i=l，…，η)和管理單元中控制決策單元i和控制決策單元都是事件控制函數(shù)的序列。在本實(shí)施例中，事件的控制函數(shù)采用邏輯表達(dá)式的形式，對系統(tǒng)每個(gè)組件定義全局唯一的一個(gè)邏輯變量，組件I為V1,…，組件k為vk，各個(gè)邏輯變量的取值范圍為該組件的狀態(tài)空間，比如V1可以等于qll，ql2等Ql中的狀態(tài)。比如，對于事件σ，如果該事件在系統(tǒng)狀態(tài)(qll, q21，q32)下能夠發(fā)生，那么該事件的控制函數(shù)為f ( σ ) E Vl = qll 八 V2 = q21 八 V3 = q32再比如，如果一個(gè)事件β的控制函數(shù)如下所示f (β ) = V1 = ql2 Λ V2 = q23 Λ V3 = q35那么，就表示事件β可以在狀態(tài)(ql2，q23，q35)下發(fā)生，此時(shí)，控制函數(shù)f(i3)的值為邏輯I。事件輸出單元i和事件輸出單元將相對應(yīng)的控制決策單元i和控制決策單元中值為邏輯I的那些控制函數(shù)相對應(yīng)的事件組合為一個(gè)集合，并且發(fā)送給事件選擇單元。事件選擇單元進(jìn)行的是事件集合的與操作。將各個(gè)控制單元和管理單元發(fā)送來的使能事件集合進(jìn)行與操作，選擇那些能夠被所有控制單元和管理單元都使能的事件作為該狀態(tài)下系統(tǒng)能夠使能的事件。接下來，對本發(fā)明提供的控制方法的具體實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)的說明。所述過程包含以下步驟第一步，分析系統(tǒng)特征，定義事件和狀態(tài)，建立系統(tǒng)中各個(gè)組件的抽象模型，即自動(dòng)機(jī)模型。第二步，分析被控系統(tǒng)的控制指標(biāo)，根據(jù)不同的控制任務(wù)，將總的控制指標(biāo)劃分為若干個(gè)子控制指標(biāo)，并對每個(gè)子控制指標(biāo)以事件控制函數(shù)的形式給出控制規(guī)則，構(gòu)成各個(gè)控制單元。根據(jù)這些控制規(guī)則，給出以事件控制函數(shù)形式的管理單元的規(guī)則。第三步，對被控系統(tǒng)進(jìn)行控制。本發(fā)明通過控制事件的發(fā)生與否實(shí)現(xiàn)對被控系統(tǒng)的控制。根據(jù)當(dāng)前被控系統(tǒng)中發(fā)生的事件和當(dāng)前被控系統(tǒng)所處的狀態(tài)，各個(gè)控制單元和管理單元輸出各自的使能事件集合，然后事件選擇單元選擇那些被所有控制單元和管理單元都使能的事件作為該狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，控制裝置把這些事件反饋給被控系統(tǒng)，其他事件都將被控制裝置禁止，不能發(fā)生。對于該控制方法，優(yōu)選的技術(shù)方案為，第一步，建立系統(tǒng)中各個(gè)組件的抽象模型，該抽象模型選用自動(dòng)機(jī)模型。對于每個(gè)組件的自動(dòng)機(jī)模型，都用列表的形式來表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，列表包含三列第一列存儲(chǔ)源狀態(tài)，第二列存儲(chǔ)事件，第三列存儲(chǔ)目標(biāo)狀態(tài)。這樣列表中每一行的三個(gè)元素就構(gòu)成了〈源狀態(tài)，事件，目標(biāo)狀態(tài)〉的三元組，其中源狀態(tài)代表當(dāng)前系統(tǒng)所在的狀態(tài)，事件代表在當(dāng)前狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，目標(biāo)狀態(tài)代表在當(dāng)前狀態(tài)下如果事件發(fā)生，系統(tǒng)將達(dá)到的下一個(gè)狀態(tài)。如果在一個(gè)源狀態(tài)下有多個(gè)事件發(fā)生，假設(shè)為j(j>l)個(gè)事件，那么在列表中需要j行來表示這種情況，即第一行表示〈源狀態(tài)，事件1，目標(biāo)狀態(tài)1>，……，〈源狀態(tài)，事件j，目標(biāo)狀態(tài)j>。各個(gè)組件的抽象模型的建立步驟如下步驟201，定義被控系統(tǒng)各個(gè)組件中的事件和狀態(tài)集合，不同的事件和狀態(tài)相應(yīng)的事件名和狀態(tài)名不能相同。步驟202，把初始狀態(tài)作為第一個(gè)源狀態(tài)寫入狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系列表的第一行第一列的位置。 步驟203，分析組件的動(dòng)態(tài)過程，確立在該源狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，假設(shè)有η個(gè)事件。步驟204，把第一個(gè)事件寫入該行第二列的位置，然后確定該源狀態(tài)在第一個(gè)事件發(fā)生后所到達(dá)的狀態(tài)，并且把該狀態(tài)寫入該行第三列的位置，即目標(biāo)狀態(tài)。步驟205，把該源狀態(tài)寫入下一行第一列的位置，把下一個(gè)事件寫入該行第二列的位置，然后確定該源狀態(tài)在該事件發(fā)生后所到達(dá)的狀態(tài)，并且把該狀態(tài)寫入該行第三列的位置，即目標(biāo)狀態(tài)。步驟206，重復(fù)上述步驟205直到和j個(gè)事件相對應(yīng)的j個(gè)轉(zhuǎn)移關(guān)系全部寫入列表。步驟207，把列表第三列的第一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)寫入列表接下來一行的第一列位置，把它當(dāng)做一個(gè)源狀態(tài)，重復(fù)步驟203到步驟206，把該源狀態(tài)下的所有轉(zhuǎn)移關(guān)系都寫入列表。步驟208，取列表第三列的下一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)。步驟209，判斷該狀態(tài)是否已經(jīng)在列表的第一列里，如果否，執(zhí)行步驟210 ;如果是，執(zhí)行步驟211。步驟210，把該狀態(tài)寫入列表第一個(gè)空行的第一列位置，回到步驟207。步驟211，判斷該狀態(tài)所在的列是否是列表的最后一列，如果否，回到步驟208 ;如果是，執(zhí)行步驟212步驟212，整個(gè)抽象模型的建立過程結(jié)束，所得到的列表即為組件的自動(dòng)機(jī)模型。更進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為，第二步，對每個(gè)組件定義一個(gè)全局唯一的變量，變量的取值范圍分為是該組件的狀態(tài)空間，控制規(guī)則和管理規(guī)則是每個(gè)事件關(guān)于這些變量的函數(shù)。第二步包含以下步驟步驟301，根據(jù)不同的控制任務(wù)，將系統(tǒng)的控制指標(biāo)劃分為若干子控制指標(biāo)；步驟302，對每個(gè)子控制指標(biāo)定義以事件控制函數(shù)形式的控制規(guī)則；步驟303，定義管理單元的以事件控制函數(shù)形式的控制規(guī)則。再進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為，第三步，對被控系統(tǒng)進(jìn)行控制，包含以下步驟步驟401，控制裝置接收由被控系統(tǒng)發(fā)送的當(dāng)前發(fā)生的事件信息；步驟402，系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元中的事件接收單元接收到該事件；步驟403，系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元中的各個(gè)組件模型讀取狀態(tài)記憶單元中存儲(chǔ)的該組件的上一時(shí)刻的狀態(tài)；步驟404，各個(gè)組件模型讀取事件接收單元中的事件；
步驟405，各個(gè)組件模型根據(jù)上一時(shí)刻的狀態(tài)和剛發(fā)生的事件，從狀態(tài)轉(zhuǎn)移列表中獲得該組件當(dāng)前的狀態(tài)；步驟406，各個(gè)組件把當(dāng)前狀態(tài)傳輸給狀態(tài)記憶單元，更新狀態(tài)記憶單元中存儲(chǔ)的狀態(tài)為當(dāng)前狀態(tài)；步驟407，各個(gè)組件把當(dāng)前狀態(tài)傳送給狀態(tài)組合單元；步驟408，狀態(tài)組合單元把各個(gè)組件獨(dú)立的狀態(tài)組合為系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，并且把該狀態(tài)傳送給各個(gè)控制單元和管理單元；步驟409,對每一個(gè)控制單元i (i=l,…，η),控制決策單元i接收到當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)信息，每個(gè)事件的控制函數(shù)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)決定該事件是否能發(fā)生，如果能，把該事件發(fā)送給事件輸出單元i。事件輸出單元把所有能夠發(fā)生 的事件組成一個(gè)集合，發(fā)送給事件選擇單元；步驟410，對管理單元，控制決策單元接收到當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)信息，每個(gè)事件的控制函數(shù)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)決定該事件是否能發(fā)生，如果能，把該事件發(fā)送給事件輸出單元。事件輸出單元把所有能夠發(fā)生的事件組成一個(gè)集合，發(fā)送給事件選擇單元；步驟411，事件選擇單元根據(jù)各個(gè)控制單元和管理單元發(fā)送來的使能事件集合，選擇那些被所有控制單元和管理都使能的事件作為系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，并且把這些事件組成集合反饋給被控離散事件系統(tǒng)的執(zhí)行器。
權(quán)利要求
1.一種基于事件控制函數(shù)的離散事件系統(tǒng)監(jiān)督控制器，包括控制裝置，其特征在于所述控制裝置包括若干個(gè)控制單元，一個(gè)管理單元，一個(gè)事件選擇單元和一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元； 所述系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元包含事件接收單元、狀態(tài)記憶單元、系統(tǒng)每個(gè)組件的抽象模型和狀態(tài)組合單元；事件接收單元接收所述系統(tǒng)當(dāng)前執(zhí)行的事件；狀態(tài)記憶單元記憶上一時(shí)刻所述系統(tǒng)各個(gè)組件所處的狀態(tài)；系統(tǒng)各個(gè)組件的抽象模型包含所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，即所述系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程信息；狀態(tài)組合單元根據(jù)所述系統(tǒng)各個(gè)組件輸出的當(dāng)前時(shí)刻所處的狀態(tài)，組合出整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)，并且輸出給各個(gè)控制單元和管理單元； 每個(gè)控制單元的功能是使被控系統(tǒng)滿足控制指標(biāo)的要求；管理單元管理各個(gè)控制單元，協(xié)調(diào)各個(gè)控制單元的輸出； 控制單元和管理單元將控制和管理信號輸出至事件選擇單元，事件選擇單元據(jù)此選擇使能的事件，并輸出至所述系統(tǒng)，以此完成對被控系統(tǒng)的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制器，其特征在于所述控制單元和管理單元均包括一個(gè)控制決策單元和一個(gè)事件輸出單元；控制決策單元由每個(gè)事件的控制函數(shù)組成，并且把能夠發(fā)生的事件輸出給事件輸出單元；事件輸出單元把控制單元或者管理單元中可能發(fā)生的事件匯集成一個(gè)集合，輸出給事件選擇單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的控制器，其特征在于所述系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前執(zhí)行的事件和記憶單元中存儲(chǔ)的上一時(shí)刻的狀態(tài)，決定各個(gè)組件當(dāng)前時(shí)刻所處的狀態(tài)，并且把這些狀態(tài)輸出給狀態(tài)記憶單元和狀態(tài)組合單元；狀態(tài)組合單元再把這些狀態(tài)組合成系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)并且輸出給各個(gè)控制單元和管理單元。
4.一種基于權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的控制器的控制方法，其特征在于，包括如下步驟 第一步，分析系統(tǒng)特征，定義事件和狀態(tài)，建立系統(tǒng)中各個(gè)組件的抽象模型； 第二步，分析系統(tǒng)的控制指標(biāo)，根據(jù)不同的控制任務(wù)，將總的控制指標(biāo)劃分為若干個(gè)子控制指標(biāo)，并對每個(gè)子控制指標(biāo)以事件控制函數(shù)的形式給出控制規(guī)則，構(gòu)成各個(gè)控制單元；根據(jù)這些控制規(guī)則，給出以事件控制函數(shù)形式的管理單元的規(guī)則； 第三步，對系統(tǒng)進(jìn)行控制；根據(jù)當(dāng)前被控系統(tǒng)中發(fā)生的事件和當(dāng)前被控系統(tǒng)所處的狀態(tài)，各個(gè)控制單元和管理單元輸出各自的使能事件集合，然后事件選擇單元選擇那些被所有控制單元和管理單元都使能的事件作為該狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，控制裝置把這些事件反饋給被控系統(tǒng)，其他事件都將被控制裝置禁止，不能發(fā)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一步中所述抽象模型選用自動(dòng)機(jī)模型；對于每個(gè)組件的自動(dòng)機(jī)模型，都用列表的形式來表不狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，列表包含三列第一列存儲(chǔ)源狀態(tài)，第二列存儲(chǔ)事件，第三列存儲(chǔ)目標(biāo)狀態(tài)；列表中每一行的三個(gè)元素就構(gòu)成了〈源狀態(tài)，事件，目標(biāo)狀態(tài)〉的三元組，其中源狀態(tài)代表當(dāng)前系統(tǒng)所在的狀態(tài)，事件代表在當(dāng)前狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，目標(biāo)狀態(tài)代表在當(dāng)前狀態(tài)下如果事件發(fā)生，系統(tǒng)將達(dá)到的下一個(gè)狀態(tài)；如果在一個(gè)源狀態(tài)下有多個(gè)事件發(fā)生，假設(shè)為j個(gè)事件，其中j>l，那么在列表中需要j行來表示這種情況，即第一行表示〈源狀態(tài)，事件1，目標(biāo)狀態(tài)1>，……，〈源狀態(tài)，事件j，目標(biāo)狀態(tài)j>。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一步中各個(gè)組件的抽象模型的建立步驟如下 步驟201，定義系統(tǒng)各個(gè)組件中的事件和狀態(tài)集合，不同的事件和狀態(tài)相應(yīng)的事件名和狀態(tài)名不能相同； 步驟202，把初始狀態(tài)作為第一個(gè)源狀態(tài)寫入狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系列表的第一行第一列的位置； 步驟203，分析組件的動(dòng)態(tài)過程，確立在該源狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，假設(shè)有j個(gè)事件；步驟204，把第一個(gè)事件寫入該行第二列的位置，然后確定該源狀態(tài)在第一個(gè)事件發(fā)生后所到達(dá)的狀態(tài)，并且把該狀態(tài)寫入該行第三列的位置，即目標(biāo)狀態(tài)； 步驟205，把該源狀態(tài)寫入下一行第一列的位置，把下一個(gè)事件寫入該行第二列的位置，然后確定該源狀態(tài)在該事件發(fā)生后所到達(dá)的狀態(tài)，并且把該狀態(tài)寫入該行第三列的位置，即目標(biāo)狀態(tài)； 步驟206，重復(fù)上述步驟205直到和j個(gè)事件相對應(yīng)的j個(gè)轉(zhuǎn)移關(guān)系全部寫入列表。步驟207，把列表第三列的第一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)寫入列表接下來一行的第一列位置，把它當(dāng)做一個(gè)源狀態(tài)，重復(fù)步驟203到步驟206，把該源狀態(tài)下的所有轉(zhuǎn)移關(guān)系都寫入列表； 步驟208，取列表第三列的下一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)； 步驟209，判斷該狀態(tài)是否已經(jīng)在列表的第一列里，如果否，執(zhí)行步驟210 ;如果是，執(zhí)行步驟211 ； 步驟210，把該狀態(tài)寫入列表第一個(gè)空行的第一列位置，回到步驟207 ； 步驟211，判斷該狀態(tài)所在的列是否是列表的最后一列，如果否，回到步驟208 ;如果是，執(zhí)行步驟212 ； 步驟212，整個(gè)抽象模型的建立過程結(jié)束，所得到的列表即為組件的自動(dòng)機(jī)模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二步中對每個(gè)組件定義一個(gè)全局唯一的變量，變量的取值范圍分別是該組件的狀態(tài)空間，控制規(guī)則和管理規(guī)則是每個(gè)事件關(guān)于這些變量的函數(shù)，具體包含以下步驟 步驟301，根據(jù)不同的控制任務(wù)，將系統(tǒng)的控制指標(biāo)劃分為若干子控制指標(biāo)； 步驟302，對每個(gè)子控制指標(biāo)定義以事件控制函數(shù)形式的控制規(guī)則； 步驟303，定義管理單元的以事件控制函數(shù)形式的控制規(guī)則。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第三步具體含以下步驟 步驟401，控制裝置接收由被控系統(tǒng)發(fā)送的當(dāng)前發(fā)生的事件信息； 步驟402，系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元中的事件接收單元接收到該事件； 步驟403，系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元中的各個(gè)組件模型讀取狀態(tài)記憶單元中存儲(chǔ)的該組件的上一時(shí)刻的狀態(tài)； 步驟404，各個(gè)組件模型讀取事件接收單元中的事件； 步驟405，各個(gè)組件模型根據(jù)上一時(shí)刻的狀態(tài)和剛發(fā)生的事件，從狀態(tài)轉(zhuǎn)移列表中獲得該組件當(dāng)前的狀態(tài)； 步驟406，各個(gè)組件把當(dāng)前狀態(tài)傳輸給狀態(tài)記憶單元，更新狀態(tài)記憶單元中存儲(chǔ)的狀態(tài)為當(dāng)前狀態(tài)； 步驟407，各個(gè)組件把當(dāng)前狀態(tài)傳送給狀態(tài)組合單元； 步驟408，狀態(tài)組合單元把各個(gè)組件獨(dú)立的狀態(tài)組合為系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，并且把該狀態(tài)傳送給各個(gè)控制單元和管理單元； 步驟409,對每一個(gè)控制單元i (i=l,…，η),控制決策單元i接收到當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)信息，每個(gè)事件的控制函數(shù)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)決定該事件是否能發(fā)生，如果能，把該事件發(fā)送給事件輸出單元i ;事件輸出單元把所有能夠發(fā)生的事件組成一個(gè)集合，發(fā)送給事件選擇單元； 步驟410，對管理單元，控制決策單元接收到當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)信息，每個(gè)事件的控制函數(shù)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)決定該事件是否能發(fā)生，如果能，把該事件發(fā)送給事件輸出單元；事件輸出單元把所有能夠發(fā)生的事件組成一個(gè)集合，發(fā)送給事件選擇單元； 步驟411，事件選擇單元根據(jù)各個(gè)控制單元和管理單元發(fā)送來的使能事件集合，選擇那些被所有控制單元和管理都使能的事件作為系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)下能夠發(fā)生的事件，并且把這些事件組成集合反饋給被控系統(tǒng)。
全文摘要
一種基于事件控制函數(shù)的離散事件系統(tǒng)監(jiān)督控制器及控制方法，包括控制裝置，所述控制裝置包括若干個(gè)控制單元，一個(gè)管理單元，一個(gè)事件選擇單元和一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元；所述系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤單元組合出整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)，并且輸出給各個(gè)控制單元和管理單元；每個(gè)控制單元的功能是使被控系統(tǒng)滿足控制指標(biāo)的要求；管理單元管理各個(gè)控制單元，協(xié)調(diào)各個(gè)控制單元的輸出；控制單元和管理單元將控制和管理信號輸出至事件選擇單元，事件選擇單元據(jù)此選擇使能的事件，并輸出至所述系統(tǒng)，以此完成對被控系統(tǒng)的控制。本發(fā)明能夠有效地避免控制器狀態(tài)爆炸式增長問題，解決了一類離散事件系統(tǒng)的控制問題，并且保證閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行特征滿足控制指標(biāo)的要求且是非阻塞的。
文檔編號G05B11/14GK102819218SQ20121025110
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者甘永梅, 晁武杰, 張仁遠(yuǎn), 焦亭 申請人:西安交通大學(xué)