论文题目: 网络化控制系统Petri网建模与分析
论文类型: 博士论文
论文专业: 测试计量技术及仪器
作者: 胡红革
导师: 黄大贵
关键词: 网络化控制系统,混合随机网,可达树,故障分析
文献来源: 电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 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。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 网络化控制系统PETRI网建模的重要性
1.2 网络化控制系统PETRI网建模的研究概况、水平和发展趋势
1.2.1 国外达到的水平
1.2.2 国内达到的水平
1.3 网络化控制系统PETRI网建模的立论依据
1.4 本文的主要研究工作及整体框架
1.5 本章小结
第二章 网络化控制系统概述
2.1 引言
2.2 控制系统的发展历程
2.2.1 集中式控制系统
2.2.2 集散式控制系统
2.2.3 现场总线控制系统
2.2.4 基于Ethernet的控制系统
2.3 网络化控制系统概念
2.4 网络化控制系统特点
2.5 网络化控制系统与信息系统的集成
2.6 网络化控制系统的体系结构
2.7 本章小结
第三章 PETRI网的基本理论
3.1 引言
3.2 PETRI网的基本定义
3.2.1 Petri网
3.2.2 输入输出函数
3.2.3 Petri网的标识
3.2.4 Petri网的执行
3.3 PETRI网的基本性质
3.3.1 行为特性
3.3.2 结构特性
3.4 PETRI网分析的基本方法
3.4.1 可达树分析方法
3.4.2 代数方法
3.5 PETRI网的化简、综合的方法
3.5.1 化简
3.5.2 综合
3.6 PETRI网存在的一些基本问题
3.6.1 局限性
3.6.2 克服局限的建议
3.6.3 分析
3.7 混合随机PETRI网
3.7.1 Petri网的分类
3.7.2 混合随机Petri网的形式化定义
3.7.3 混合随机Petri网的运行规则
3.7.4 混合随机Petri网的关联矩阵
3.7.5 混合随机Petri网的结构性质
3.7.6 混合随机Petri网的行为特性
3.8 本章小结
第四章 现场总线的形式化模型和性能分析
4.1 引言
4.2 形式化技术
4.2.1 基于模型的方法
4.2.2 基于逻辑的方法
4.2.3 基于进程演算的方法
4.2.4 基于网络的方法
4.2.5 四类形式化方法比较
4.2.6 Petri网的建模步骤
4.3 现场设备的形式化模型
4.3.1 被控对象的形式化模型
4.3.2 网络化传感器的形式化模型
4.3.3 网络化执行器的形式化模型
4.3.4 网络化控制器的形式化模型
4.4 现场总线
4.4.1 概述
4.4.2 现场总线的组成
4.4.3 过程现场总线Profibus
4.4.3.1 概述
4.4.3.2 Profibus总线存取协议
4.4.3.3 MAC层运行机理分析
4.4.3.4 MAC层的混合随机Petri网仿真模型
4.4.3.5 Profibus的混合随机Petri网模型
4.4.3.6 性能分析
4.3.4 CAN总线的HSPN建模
4.4.4.1 概述
4.4.4.2 CAN总线的混合随机Petri网模型
4.5 本章小结
第五章 以太网的形式化模型和性能分析
5.1 引言
5.2 IEEE802.2逻辑链路控制LLC的形式化模型
5.2.1 IEEE802.2逻辑链路控制子层3型协议
5.2.2 LLC3型操作的数据传输
5.2.3 LLC3型协议的混合随机Petri网模型
5.2.4 协议正确操作的参数范围
5.2.5 LLC3型协议的验证和分析
5.2.6 动态特性初步验证
5.3 CSMA／CD的混合随机PETRI网模型
5.3.1 概述
5.3.2 带冲突检测的载波监听多路访问CSMA／CD(IEEE802.3)
5.3.3 通道的模型
5.3.4 有限站点的1坚持CSMA协议模型
5.3.5 仿真结果
5.4 TCP／IP协议形式化模型
5.4.1 概述
5.4.2 TCP／IP协议形式化模型
5.5 本章小结
第六章 网络化控制系统的形式化模型和性能分析
6.1 引言
6.2 用混合随机PETRI网对网络化控制系统建模
6.3 网络化控制系统性能分析
6.4 网络化控制系统稳定性分析
6.4.1 网络化控制系统存在的主要问题
6.4.2 网络化控制系统的稳定性
6.5 本章小结
第七章 网络化控制系统的故障分析研究
7.1 引言
7.1.1 故障树表示与简化
7.1.2 故障诊断
7.2 利用PETRI网对系统的故障率进行分析
7.2.1 具有单输入的变迁
7.2.2 具有多输入的变迁
7.2.3 具有单输入和环的变迁
7.2.4 具有抑制弧的变迁
7.3 网络化控制系统的混合随机PETRI网故障模型
7.3.1 传感器故障模型及其仿真分析
7.3.1.1 传感器故障模型
7.3.1.2 故障仿真和分析
7.3.1.3 传感器增益变化故障仿真
7.3.1.4 传感器增益变化故障分析
7.3.2 总线系统的故障分析和建模
7.3.2.1 总线故障分类
7.3.2.2 基于Petri网的容错系统建模
7.4 本章小结
第八章 某试验装置控制系统形式化建模技术的实例
8.1 引言
8.2 某试验装置控制系统
8.2.1 某试验装置控制系统结构组成
8.2.2 某试验装置控制系统功能概述
8.2.3 某试验装置控制系统结构图
8.3 某试验装置控制系统形式化建模
8.3.1 前端控制子系统结构图
8.3.2 前端控制子系统Petri网模型
8.3.3 某试验装置控制系统形式化模型
8.3.3.1 某试验装置控制系统形式化建模
8.3.3.2 某试验装置控制系统仿真分析
8.4 某试验装置控制系统失效模式PETRI网模型
8.4.1 某试验装置控制系统失效模式Petri网模型
8.4.2 某试验装置控制系统仿真分析
8.5 本章小结
第九章 总结与展望
参考文献
致谢
个人简历
在学期间的研究成果及发表的学术论文
发布时间: 2005-09-23
参考文献
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