[发明专利]基于事件控制函数的离散事件系统监控器及其控制方法

说明书

技术领域：

本发明属于离散事件系统的控制领域，尤其涉及到离散事件系统的监督控制方法。

背景技术：

随着计算机科学、通信和传感器技术的发展，以柔性制造系统为代表的离散事件系统在工业生产和日常生活中涌现得越来越多，如计算机和通信网络、交通控制系统、高度集中指挥、控制、通信和信息系统、车辆和大型建筑中的先进监控系统、智能交通系统,分布式软件系统等等。这些系统的行为都是由人类制定的运行规则来管理。以往的监督控制方法都是将离散事件系统的模型、系统的控制指标以及系统监督控制器的设计建立在有限状态自动机模型上，从而建立起一套建模、分析和综合控制器的方法。但是随着离散事件系统规模的扩大，有限状态自动机模型的建模变得很复杂和困难，因此如何对这类系统进行建模是一个很实际的问题。

另外，基于有限状态自动机模型所设计的监督控制器（简称控制器）也随着被控对象模型的复杂而变得庞大。已有文献指出，基于有限状态自动机模型设计控制器的综合算法与被控系统的状态数呈多项式关系。系统总的自动机模型是由系统各个组件的自动机模型经过同步积得到，系统的状态数和系统中组件的个数呈指数关系，也就是说，基于有限状态自动机模型设计控制器的综合算法与系统的状态数呈指数关系，这就是所谓的控制器规模随着状态数的增长呈现出“爆炸式”增长问题。因此，对于较大规模（指系统状态数规模）的系统，基于自动机模型的监督控制器难以被实现。

注意到系统的动态过程可以由各个组件的动态过程的组合来表示，比如系统的状态可以表示为各个组件的状态的叉积形式，系统的状态转移函数也可以表示为各个组件中状态转移函数的叉积。系统的控制指标可以表示为各个组件的状态组成的集合并且该集合以谓词形式给出，系统的监督控制器可以表示为事件的控制函数，该函数是关于系统中各个组件状态的函数。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于事件控制函数的离散事件系统监督控制器，包括控制装置，其特征在于，根据不同的控制任务，所述控制装置包括若干个控制单元，一个管理单元，一个事件选择单元和一个系统状态跟踪单元。

所述系统状态跟踪单元包含事件接收单元，状态记忆单元，系统每个组件的抽象模型和状态组合单元。其特征在于，事件接收单元接收系统当前执行的事件；状态记忆单元记忆上一时刻系统各个组件所处的状态；系统各个组件的抽象模型包含系统的动态过程，即系统状态转移过程信息，根据系统当前执行的事件和记忆单元中存储的上一时刻的状态，可以决定该组件当前时刻所处的状态，并且把该状态输出给状态组合单元和状态记忆单元。状态组合单元根据系统各个组件输出的当前时刻所处的状态，组合出整个系统当前时刻的状态，并且输出给各个控制单元和管理单元，以此完成系统状态跟踪的任务。

所述控制单元和管理单元具有相似的结构，其特征在于，包括一个控制决策单元和一个事件输出单元。控制决策单元由每个事件的控制函数组成，因此是一个控制函数的序列。每个控制单元的作用是使被控系统满足一部分控制指标的要求。管理单元的作用是管理各个控制单元，协调各个控制单元的输出，使被控系统最后是非阻塞的。所述控制函数决定哪些事件能够发生，并且把能够发生的事件输出给事件输出单元。事件输出单元把该控制单元或者管理单元中能够发生的事件汇集成一个集合，输出给事件选择单元。

所述事件选择单元根据控制单元和管理单元的事件输出，决定哪些事件能够被控制装置使能，即能够发生。

本发明还提供了一种基于事件控制函数的离散事件系统监督控制器的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

第一步，分析系统特征，定义事件和状态，建立系统中各个组件的抽象模型。

第二步，分析被控系统的控制指标，根据不同的控制任务，将总的控制指标划分为若干个子控制指标，并对每个子控制指标以事件控制函数的形式给出控制规则，构成各个控制单元。根据这些控制规则，给出以事件控制函数形式的管理单元的规则。

第三步，对被控系统进行控制。本发明通过控制事件的发生与否实现对被控系统的控制。根据当前被控系统中发生的事件和当前被控系统所处的状态，各个控制单元和管理单元输出各自的使能事件集合，然后事件选择单元选择那些被所有控制单元和管理单元都使能的事件作为该状态下能够发生的事件，控制装置把这些事件反馈给被控系统，其他事件都将被控制装置禁止，不能发生。