[发明专利]一种基于Petri网的混杂控制方法

说明书

本发明提供一种基于Petri网的混杂控制方法，其特征在于：包括采用基于Petri网的控制器和工控机，控制器由监控器和数字控制器组成，用于监控被控对象的状态变量或输出量，按照设定好的控制策略确定工作模态，工控机与被控对象连接，实现对被控对象的数据采集以及将控制器发出的控制量转换为被控对象的具体控制数据；还包括步骤1：建立控制器中监控器部分的广义同步自控网系统模型；步骤2：建立控制器中数字控制器部分的广义同步自控网系统模型；步骤3：创建完整的控制器模型；步骤4：采用工控机实现对被控对象的数据采集和控制。该方法完成了监控器和数字控制器的统一Petri网建模，且易于与其他智能控制方法相集成。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，涉及Petri网控制器，尤其涉及一种基于Petri网的混杂控制方法。

背景技术

混杂控制系统是指其被控对象或控制器中含有离散模型，并且与连续模型一起来确定系统的性能。混杂控制系统的设计目标就是要设计满足控制性能与稳定性的混杂控制器。一般混杂控制器建模采用异构建模技术，具有分层结构，即是由事件驱动的离散操作机构、连续变量受控过程和介于这二者之间的转换接口3个部分有机组成的一个统一体。多层结构更加贴近于大多数的实际复杂系统，因此受到人们的重视。但各层次的模型不同，是一个多模型集成系统，在理解和分析上都有不少的困难，尤其是模型之间难以很好地衔接，增加了分析与设计的难度。因而人们更希望能够找到混杂控制器的统一模型。

目前，Petri网已经广泛的应用于混杂控制系统的建模、分析和设计。文《Designof Embedded Control Systems Using Hybrid Petri Nets》(Hummel T,FenglerW.CiteSeer,2001:139-149.)采用了面向对象技术为嵌入式混杂控制系统建模，文《混合状态Petri网及其在过程控制混杂系统中的应用》(李宏光,俞金寿.华东理工大学学报,2004,30(4):429-432.)提出了一种称为混合状态Petri网(HSPN)的混杂Petri网，用于过程控制混杂系统建模，并依据HSPN模型来设计混合控制器。文《Controller design usingColoured Petri Nets—With a case study of the papermaking process control》(Wang Y Z,Lin L.International Conference on Modelling,2011:415-421.)采用了颜色Petri网设计PID控制器，通过传统的闭环整定方法结合Petri网状态空间分析来整定控制器参数。文《基于Petri网的电加热炉温度控制系统》(冯爱祥,周小娜,罗雄麟.化工自动化及仪表,2011,38(10):1168-1170.)针对电加热炉温度控制提出了全电压控制、零制动控制和PID控制的多模型控制方案，利用传统的Petri网设计监督控制器实现温度控制系统控制器的实时切换控制。针对变工况切换过程中切换点难以确定且切换准则不完善等问题，《变工况切换过程的Petri网自主预测与控制》(徐宝昌,蔡胜清,冯爱祥,等.化工学报,2016,67(3):839-845.)提出将模型预测嵌入到Petri中，使Petri网能够自主决定切换时刻，减少了系统调节时间和超调量。文《The IOPT-Flow Modeling Framework Applied toPower Electronics Controllers》(Pereira F,Gomes L.IEEE Transactions onIndustrial Electronics,2017,64(3):2363-2372.)提出了针对混合嵌入式系统控制器的设计框架，该框架利用输入输出库所变迁网(IOPT网)，同时支持事件驱动和数据流驱动设计过程，通过闭环无刷直流电机控制器的设计实例验证了框架的有效性。文《Fuzzy logicenhanced time Petri Net models for hybrid control systems》(Letia T S,Kilyen AO.IEEE International Conference on Automation,Quality and Testing,Robotics.IEEE,2016:1-6.)提出了具有模糊逻辑规则的增强型时间Petri网，其中Petri网和模糊逻辑规则分别对混杂控制系统的离散事件和连续被控对象进行建模。