（控制理论与控制工程专业论文）基于petri网的离散事件仿真与控制网络化平台的设计与实现.pdf

摘要 摘要 本论文来源于国家9 7 3 项目生产制造系统重构过程的实时协调控制理论与方法研究 的子课题，其任务是设计与实现p e t r i 网离散事件仿真与控制的网络化平台。本系统的研制 为p e t r i 网逻辑控制器快速综合与重构理论和方法应爿j 剑实际的离散事件系统的逻辑控制 的研究提供了良好的平台。 首先，本文设计了p e t r i 网离散事件仿真与控制的网络化平台的结构和功能，并提出了 实现该平台需要完成的两项关键任务：设计和实现控制p e t r i 网原型；完成服务器与客 户之间的网络通讯功能。 接着，本文详细讨论了控制p e t r i 网原型的设计和实现，包括控制p e t r i 网原型的存储 功能和逻辑解释功能。借助逻辑解释功能，可以建立控制p e t r i 网原型中的库所变迁与执行 器传感器的映射，使得控制p e t r i 网原型在仿真过程中，尽量真实地模拟出制造系统的行为： 在控制过程中，能有效地控制系统的运行。同时采用p i o 卡和j n i 技术完成了工控机与物 理设备之间的交互，便于设备的控制p e t r i 网模型可以方便地读取，写入输入输出信号。 然后，采用r m i 技术设计和实现了该平台的网络通讯功能。作为设计计算机，服务器 对系统的p e t r i 网控制器进行综合与重构，分解p e t r i 网控制器并将所得的模块分别分配给 负责的客户端，实时监控客户端并显示各个模块的运行状态；客户端控制其负责的模块并 将模块的运行状态发送给服务器。该平台的网络采用了分布式结构，从而适应了复杂离散 事件的仿真和控制要求。 最后，搭建了硬件实验平台。将该硬件实验平台与p e t r i 网离散事件仿真与控制的网络 化平台整合为可重构制造系统实验平台，并进行了制造系统的重构、仿真和控制的研究试 验。仿真与控制实验结果表明，对于离散事件系统来说，建立系统的控制p e t r i 网模型是一 种很好的控制方法，同时该平台的网络通讯功能取得了预期效果；逻辑控制重构实验结果 验证了逻辑控制重构理论的有效性。 关键词：控制p e 啊网原型 离散事件 仿真 控制可重构网络平台 东南大学硕士论文 a b s t r a c t t h ep a p e rf o c u s e so nt h er e s e a r c ho fn e t w o r kp l a t f o r mw i t hp e t r in e td i a c r e t ee v e n t s i m u l a t i o na n dc o n t r o l ，w h i c ho r i g i n a t e sf r o mt h e9 7 3h i g h - t e c hp r o j e c t r e a l - t i m ec o o r d i n a t i o n a n dc o n t r o lt h e o r yi nt h er e c o n f i g u r a t i o np r o c e s so f t h ep r o d u c t i o na n dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ” f i r s t , t h i sp a p e rd e s i g n st h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no ft h en o w o r kp l a t f o r mw i t hp e t r in e t d i s c r e t ee v e n ts i m u l a t i o na n dc o n t r 0 1 a n dp r o v i d e st w ot a s k sn e e d e dt ob ec o m p l e t e df o r i m p l e m e n t i n gt h en e t w o r kp l a t f o r m ：d e s i g na n di m p l e m e n tc o n t r o lp e t r i n e tp r o t o t y p e ； i m p l e m e n tt h ef u n c t i o no f n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nb e t w 酏= n e f 、，e ra n dc l i e n t s e c o n d , c o n t r o lp e t r in e tp r o t n t y p ei sp r e s e n t e da n di m p l e m e n t e di nt h i sp a p e r , i n c l u d i n g b e i n gs t o r e da n dl o g i cc o n t r o lf u n c t i o n f u r t h e r m o r e t h em a p p i n gc a nb ee s t a b l i s h e db e t w e e n t h ep l a c e t r a n s i t i o na n dt h ee x e c n t o r s a n s o rw i t ht h el o g i cc o n t r o lf u n c t i o n - b a s e da p p r o a c h , w h i c hm a k e st h ee m u l a t i o nm o r ev i v i da n dm a k e st h ec o i r f o le 衔c i e n t l y a tt h es a m et i m e t h e c o m m u n i c a t i o nb e t w ni p ca n de q u i p m e n ti se s t a b l i s h e di nv i r t o eo fp i oc a r da n dj n lw h i c h m a k e st h ee q u i p m e n t sc o n t r o lp e t r in e tm o d e lr e n d w r i t ei n p u t o u t p u ts i g n a l se x p e d i e n t l y t h e n t h en e t w o r kc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o no ft h i sp l a t f o r mi sp r e s e n t e da n di m p l e m e n t e d b yu s eo f r m i a st h ed e s i g nc o m p u t e r , t h es e r v e rr e a l i z e ss y n t h e s i sa n dr e c o n f l g u r a t i o no f t h e p e t r in e tl o g i cc o n t r o l l e r , d i v i d e st h ep e t r in e tl o g i cc o n t r o l l e ri n t os e v e r a lm o d e l sw h i c ha m a s s i g n e dt oc o r r e l a t i v ec l i e n t s w a t c h e st h ec l i e n t sr e a l - t i m e l ya n ds h o w st h em o d e l s r u ns t a t e t h ec l i e n tc o n t r o l st h ec o r r e l a t i v em o d e lw h i c hi sa s s i g n e db yt h es e r v e ra n ds e n d sm e s s a g e s a b o u tt h em o d e l sn l f is t a t et ot l es e r v e r 1 1 1 en e t w o r ka d o p t sd i s t r i b u t e ds t r u c t u r e s oi t a c c o m m o d a t e st h en e e d so f c o m p l e xd i s c r e t ee v e n ts i m u l a t i o na n dc o n t r 0 1 f i n a l l y , h a r d w a r ee x p e r i m e n tp l a t f o r mi s b u i l tu p b a s e do nt h eh a r d w a r ee x p e r i m e n t p l a t f o r ma n dt h en e t w o r kp l a t f o r mw i t hp e t r in e td i s c r e t ee v e n ts i m u l a t i o na n dc o n t r 0 1 r e c o n f i g u r a b l em a n u f a c t u r i n gs y s t e me x p e r i m e n tp l a t f o r mi sa l s ob u i l tu p w h i c hi su s e dt o e x p e r i m e n tw i t hr e c o n f i g u r a t i o n , s i m u l a t i o na n dc o n t r o lo fm a n u f a c t u r i n gs y s t e m t h er e s u l t so f s i m u l a t i o na n dc o n t r o le x p e r i m e n t se x p l a i nt h a t , i t sa ne f f i c i e n ta n d9 0 0 dc o n t r o lm e t h o df o r d i s c r e t ee v e n ts y s t e mt om o d e lt h es y s t e mb yc o n t r o lp e t r in e tp r o t o t y p e a n dt h en e t w o r k c o m m u n i c a t i o nf u n c t i o no ft t l ep l a t f o r ma c q u i r e st h ee x p e c t e de f f e c t a n dt h er e s u i t so fl o g i c c o n t r o lr e c o n f i g u r a t i o ne x p e r i m e n t sp r o v et h a tt h el o g i cc o n t r o lr e c o n f i g u r a t i o nt h e o r yi sv a l i d k e y w o r d s ：c o n t r o lp e t r in e tp r o t o t y p e ，d i s c r e t ee v e n t , s i m u l a t i o n , c o n t r o l , r e c o n f l g u r a t i o n , n e t w o r kp i a f f o r m 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：导师签名：日期： 第一章绪论 1 1 背景及现状 第一章绪论 市场竞争的日益加剧，不仅要求制造系统能够高效、可靠地生产，而且当生产需求发 生较大变动时，仍然可以以较大的灵活性和较低的改造费用迅速实现转产。为此，从理论 到实践都需要发展一种新的制造模式，使自动化生产线既具有高度的柔性，又能够使功能 冗余最小化；既可以适应一定范围的多品种变化，又具有较高的生产效率。目前的生产制 造系统，即使如柔性制造系统i f m s ) ，也不具备上述的性能。可重构制造系统( r m s ) t m 就在 这样的背景下应运而生了。r m s 能够通过重构，改变自身的组态能够快速、低成本适应市 场需求的不断变化，对增强我国制造企业的竞争力具有非常重要的意义。 随着制造系统向r m s 的转变，对逻辑控制提出了更高的要求，这些要求包括逻辑控 制代码可重用和模块化，能够快速地进行扩展和集成等。r m s 是制造业研究的热点，p e t r i 网是r m s 研究的重要工具和手段，而逻辑控制器的重构是r m s 研究的重点和难点。p a r k 曾经使用p e t r i 网对加工系统模块化逻辑控制器进行建模与分析“j 。但研究重构问题的论文 相对较少，文献【3 】首次使用p e t r i 网研究了可重构加工系统的逻辑控制设计、分析、实现 和故障处理，但是没有研究逻辑控制器重构的机制以及系统化的方法。可重构逻辑控制器 的理论研究还停留在初步探索阶段。 项目组提出了改进的网重写系统( i n r s ) 1 4 】，克服了网重写系统( n r s ) 例不能保持 基础p e t r i 网的活性、有界性、可逆性的最大缺陷，并在此基础上研究了p e t r i 网逻辑控制 器的快速综合与重构方法即i ，取得了理论上的突破。 项目组现已完成的可重构p e t r l 网逻辑控制器开发平台p j ( 简称“基础平台”) 为研究 p e t r i 网模型与控制器重构理论提供了强有力的工具，它的主要功能如下： 能够快速地实现对可重构逻辑控制器的p e t r i 网建模； 实现了p e t r i 网逻辑控制器仿真模块，以p e t r i 网令牌流动和文字显示的形式来模 拟离散事件的运动和状态变化过程； 提出了新型可达树，并在此基础上设计和实现了p e t r i 网行为属性分析算法( 如有 界性，可逆性和活性) ： 完成了p e t r i 网模型类型判定算法和类型库的建立； 运用改进网重写系统的理论，实现了p e t r i 网逻辑控制器的快速综合与重构； 设计和实现了p e t r i 网数据库的访问模块。 但是，基础平台还有一些需要完善和研究的地方，如：类型判断算法不能很好地判 断某些基本p e t r i 网，需要改善；已开发的p e t r i 网控制器只是涉及了离散事件的逻辑结 构和行为，只能进行p e t r i 网级仿真；且基础平台的p e t r i 网模型尚未涉及物理设备，因此 真正的逻辑控制还未实现，故而设计离散事件的逻辑控制模型是本文研究的一项内容； 基础平台只能在单台p c 机上运行，对基础平台的网络化扩展是本文研究的重点。 将p e t r i 网用于制造系统的逻辑控制方面的文献很多，例如将c e 网用于f m s 和机器 人建模 1 0 - 1 2 1 ，面向对象p e t r i 网用于柔性装配系统地建模与控制1 1 ”，将着色网用于f m s 递 阶控制研究i l ”，以及p a r k 使用p e t r i 网对加工系统模块化逻辑控制器进行建模和分析等。 但大多数的文献只停留在建模和模型分析的层次上，与具体的实施脱节。原因在于这些 p e t r i 网模型与环境不能很好地交互，模型复杂以至于无法转变成底层的控制逻辑。c o l o r e d 东南大学硕士论文 p e t r in e tm o d e l s 1 5 1 i l ”是一类高级且相当复杂的p e t r i 网，用于逻辑控制器的设计与实现； t e m p o r a jp e t r in e t ( t p n ) 模型”“用于f p g a 逻辑控制器重构，f r e y 将s i g n a li n l e r p r e t e dp e t r i n e t ( s i p n ) 1 s l ”惋用到逻辑控制器的建模与分析等，这几种p e t r i 网改变了其他p e t r i 网 无法与环境交互的现象，可以接受输入信号和产生输出信号，更符合具有众多传感器和执 行器的离散事件系统口o l 一可重构制造系统的顺序控制。国内在这方面的研究很少，特别 是逻辑控制的实现。 t p n 模型原理：用一个7 元式表示，即c t r l = ( t p n ，j ，y ，f ，g ，a ，趵，其中 t p n = ( p ，t ，d , i ，o , m o ) ：p = p l ，p 2 ，p 为库所集；r = ，f 2 ，o 为变迁集； d = 日。，d f ：，) 为变迁的延迟时间集；，= 1 f t 为输入库所集； d = 0 l | f 丁) 为输出库所集；= ( 捣( a ) ，( n ) ) 为库所初始标识； x = 而，而，h 为输入信号集；y = m ，儿，y l 为输出信号集；f = 石，石，厶) 为控制器内部标志集，用于标记内部状态的中问变量；g = g ，q ：，( k 为变迁g u a r d 函数集；一= 4 。，4 ：，缸) 为变迁a c t i o n 函数集：s = s ，s ：， 为输出函数 集。t p n 模型的变迁，t 的触发条件是：以g u a r d 函数q 为条件，因为g f 由输入信号x 、 库所当前标识肘( 尸) 和控制器内部的标志值，共同定义的，这说明q 中不仅包含了使能 条件，也包含了变迁t t 映射的输入信号的条件，还包含了控制器内部的标志值。 s i p n 原理：s i p n = ( p ，t ，f ，m o ，i ，o ，妒，c o ，q ) ，其中( p ，r ，f ，) 是一平凡p e t r i 网， 库所集为p ，变迁集为t ，有向弧为f ，二进制初始标识m o ，j ，i ，i r l ，i f l o ；i 为逻辑输 入信号集，= ，t ，铂 ，i i i 0 ；o 为逻辑输出信号集，d = o i ，0 2 ，0 1 0 | ) ，i o l 0 ； 妒为映射，每个变迁r 对应一个触发条件( ) ， ) 为i 的布尔函数；为映射，每 个库所a p 对应一个触发条件( a ) ( o ，i ，一) 1 0 i 。其中“”表示“不关心”；q 为网系 统输出函数，为所有库所输出国的组合。s i p n 的动态行为由变迁的触发过程决定，其变 迁的具体触发规则可描述为：对于一变迁r ，v p ，所( p ) = 1 ，且b f ，脚( p ) = 0 ，则 f 使能，当妒( f ) = t r u e 时，使能的变迁触发。 t p n 模型的库所废迁与输入输出信号之间没有明确的对应关系：s i p n 的库所对应着 一个或者多个输出信号，当它得到令牌后，其对应的输出信号使系统进行相应的动作，一 个库所得到令牌会引发系统同时进行几个动作( 如，( p 3 ) ( o ，0 ，一，1 ) ，i o i = 4 ) 。因此， 本文综合了上述几种p e t r i 网的优点，设计了控制p e t r i 网原型。 2 第一章绪论 正如前面所述，基础平台为单机版，不能适戍复杂离散事件的仿真和控制要求，因而 对基础平台的网络化扩展是必须的。总之，本文研究的内容就是在可重构p e t f i 网逻辑控制 器开发平台的基础上设计与实现p e t r i 网离散事件仿真与控制的网络化平台。 1 2 主要工作及意义 本文的主要任务是：在可重构p e t r i 网逻辑控制器开发平台的基础上。设计与实现网络 化的离散事件系统的仿真与控制，搭建可重构制造系统实验平台并进行制造系统的重构、 仿真和控制的研究实验。 具体工作如下： 一设计p e t r i 网离散事件仿真与控制的网络化平台。 二改进基础平台，如改善基础平台的类型判断算法。 三设计与实现控制p e t r i 网原型，在此基础上完成离散事件的仿真与控制 四设计和实现平台的网络通讯功能，实现客户与服务器的通讯功能。 五搭建可重构制造系统实验平台，即整合网络化平台与慧鱼工业模型综合加工系统， 以整合后的系统为可重构制造系统实验平台，并进行制造系统的重构、仿真和控制的研究 实验，完成对上述内容的验证与完善。 本文设计并实现了p e m 网离散事件仿真与控制的网络化平台软件，为p e t r i 网逻辑控 制器快速综合与重构理论和方法应用到实际的离散事件系统的监督控制( 逻辑控制) 的研 究提供了良好的平台。 1 3 本文内容安排 本文共分六章： 第一章：绪论，介绍课题背景以及研究的意义，介绍了本文的主要工作和内容安排。 第二章；研究基础，介绍了本文用到的一些基本理论，包括p e t r i 网、改进的网重写系 统及网重写时需要用到的基本模块类型，同时介绍了可重构p e t f i 网逻辑控制 器开发平台的软件基础。 第三章：p e t r i 网离散事件仿真与控制的网络化平台的结构功能设计及关键技术，介绍 了离散事件控制方案、本平台的总体框架、功能设计以及采用的一些关键技 术，并改善了基础平台的类型判断算法。 第四章：控制p e t r i 网原型的设计与实现，详细介绍了如何设计与实现控制p e t r i 网 原型。 第五章：网络通讯功能的设计与实现，详细介绍了如何设计与实现本平台的网络通讯 功能，实现了客户与服务器的通讯功能。 第六章：可重构制造系统实验平台的搭建及相关实验，介绍了硬件实验平台的搭建及 网络化平台与硬件实验平台的整合，并进行制造系统的重构、仿真和控制的 研究实验。 第七章：总结与展望 3 东南大学硕士论文 2 1p e t h 网简介 第二章研究基础 p e t r im 1 3 1 1 2 1 】是一个图形化的数学建模工具，适用于很多系统。p e t r i 网是描述和研究一 类信息处理系统的个非常有价值的工具。这些系统包括并发、异步、分布式、并行、非 确定性和随机系统等。 p e t r i 网有很多种，如基本网系统、库所变迁系统、谓词废迁系统、有色网系统和自 控网系统等。我们研究的是比较一般的系统，下面简要地介绍一下p e l r i 网 p e w i 网结构为n = ( ，r ；，x ，w ，m o )，n 成为有向网( 简称网) 的充分必要条 件是：e n t = 彩，p u t a ，f ( ，乃u ( t xp ) ，( “”是笛卡几积) ， d o m ( f ) u c o d ( f ) = p u t ，其 中d o m ( f ) = x i 砂：o ，y ) e f l ， c o d ( f ) = y 1 3 x ：( x ，y ) e f 分别为f 的定义域和值域。 p 和丁分别称为的库所( p l a c e ) 集和变迁( t r a n s i t i o n ) 集，f 为流关系( f l o wr e l a t i o n ) ， 也称为有向弧( a r c ) 。x = p u t 称为的元素集。库所和变迁是两类不同的元素，所以 p f t t = a ，而p u t d 表示系统中至少要有一个元素。每个库所代表一种资源，资源 的流动由流关系规定，所以变迁只能与库所有直接的流关系：，( p x t ) u ( t x j ) ， d o m ( f ) 3 c o d ( f ) = p o t 规定了系统中不能存在孤立的库所或者变迁。 k ：户斗n u 缈) 称为的容量函数，记n o = o ，l ，2 ， ，n = 1 ，2 ，3 ， ，以缈表 示无穷：= ( a - 1 = m + 1 = + 国；对于给定的容量函数k ( 本文研究的p e t r i 网假设k 为m ) ，m ：p n o 称为n 的一个标识的条件是：v p p ：g ( p ) k ( p ) ， 如是系统 的初始标识；w 称为n 上的权函数，对( x ，力f ，w ( x ，y ) = 形“x ，j ，) ) 称为 ，j ，) 上的 权，也即是x 指向y 的有向弧的权值，0 ，则t 在l ，发生，将标识 f 4 第二章理论摹础 改变为m 的后继m ，m 的定义是，对任何p p ： i 肘( p ) 一w ( p ，f ) 川= 僦鼢臻咖， 【m ( p ) 若p t t 。 若p t t 若p t n t 都正t p e 啊网系统的可达标识集【m o 是满足下列条件的最小集合：m o 膨o ；若有 m 7 【肘o ，r t ，使m p m ，则m 【肘o 。满足上述条件的标识集合很多，其 中最小的一个只包括及由 厶出发经有限步变迁发生可以到达的那些标识，这就是 【 厶 。定义中限制每次仅考虑一个变迁，但由于变迁发生有并行性，并行步可以到达的 标识可以由每步一个变迁顺序到达，所以并行可达的标识也包含在【肘o 中 2 2 改写的网重写系统 网重写系统( n e tr e w r i t i n gs y s t e m s ：n r s ) 对于动态改写p e t d 网模型是个非常有用 的工具。但是，它也存在一些缺陷，比如重写过程的不唯一性以及不可逆性，这些缺陷极 大地影响了n r s 的建模能力。虽然n r s 也提出了一个可重构系统的p e t r i 网子集，但是该 子集对于r m s 的建模是不够的。为了实现p e t d 网逻辑控制器的重构，项目组提出了改进 的网重写系统( i n r s ) 1 4 1 。其相对于网重写系统，传递关系限制为输入、输出接e l ，重写 规则左、右手规则约束到预定义的p n 类型等，并克服了n r s 不能保持基础p c t d 网的活 性、有界性( 安全性) 、可逆性的最大缺陷。 启艾2 j ：网重写系统为结构 厂= ( 冗，( r 。，肘。) ) ，其中冗= “，吒， 为有限的重写规 则集，( r 。，m o ) 为一标记p e t f i 网。重写规则，的结构为r ；( 厶e , r ，f ，f ) ，其中： 1 上= ( 最，瓦，e ) 与r = ( 晶，耳，b ) 为p e t r i 网，分别称为，的左手侧和右手侧。 2 f ( 最x 晶) u ( 五靠) 称为，的传递关系，为二元关系联系l 的库所与足的库所以 及工的变迁与r 的变迁：最f 昂，f 最，弘，以及r 晶五 3 f r 与- f 为传递关系f 的子关系，分别称为输入接口关系和输出接口关系。 网重写系统的构形为p e 啊网r = ( p ，r ，叼。网重写系统的状态为一标记p c t d 网 ( r ，m ) ，( r 。， 厶) 称为网重写系统的初始状态。n r s 的事件可以是变迁或者重写规则： e = t u 冗。 启义2 - 2 ：改进的网重写系统为结构 厂= ( c ，冗，g ) ，其中c 为p n 模型的类型库， 冗= “，2 ，) 为有限的重写规则集，标记p c t r i 网g = ( f o ，肘o ) 称为基础p e t f i 网重写 规则，亿的结构为，= ( l ，r ，f ，f ，f 。) 。对n r s 具体的修改和改善描述如下： 注释1 ：将g 以及重写规则的左、右手侧p e t r i 网规定为平凡p e t r i 网，理由是平凡p e a i 网子类( 如标记图、状态机等) 具有普通p e t r i 网所不具备的活性、有界性和可逆性等特性。 5 东南大学硕士论文 事实上，平凡和非平凡p e 删网具有相同的建模能力。 注释2 ：一个重写规则是否能应用首要条件是全嵌入f ：_ r 存在，而一个确定的网 重写规则可能对应多个全嵌入，。为保证重写过程的确定性，必须在重写前唯一地确定全 嵌入，将重写规则修改为r = ( 工，尺，f ，f ，。f ，r 。) 。 注释3 ：将，的左、右手侧弛一网、r 扩展为标记p e t r i 网，即= ( 丘，五，吒，m l 。) ， r = ( 最，五，昂，肘。) 其中& = 巧t j 巧，晶= 焉u 巧 注释4 ：c 为重写规则的左、右手侧p n 模型的类型库，其结构为c = ( 乞，) ，其中 乞= 印，o s m ，o s m ( k ) , o s m ( k ，) ， = s t , o m g ，c m g ，s c m g ，o m g ( k ，_ ) c m g ( k ，xo m g ( k ) , c m g ( k ) , s c m g ( k ) 。乞、中的 每个元素都是一个平凡p e t r i 网子类，这些平凡p e t r i 网子类在后面有定义。这种将重写规 则左、右手侧p e u i 网类型约束到一定范围的做法有助于保证基础p e t r i 网的重要属性，活 性、有界性( 安全性) 和可逆性在重写过程中保持不变。 注释5 ：将传递关系修改为f ( 巧眉) u ( 巧x ) u ( 毛) ，其中巧r 昂，巧f 巧， f 露巧，f 巧嘭，瓦f 五，以及f 瓦五。令r = 。r u t ，即只关心输入和输出接口 关系，这样可减少传递关系的多样性达到减少不确定性。相应地，r 表达为 ，= ( 上，足 l r ) 。令。f = ( ，助 ，f = ( c ，d ) ，其中a = ， ，月1 ， b = 碱，露，) ，砖e r , m 1 ， c = 屯，矗， ，毛e l ，1 ，以及 d = 儿，危，成) ，儿r , m 1 ，吒，如与以，儿同为库所或者变迁。 注释6 ：对于f = ( 一，口) ) ，f = ( c ，d ) ，若1 ) n = m = 1 ，= m = 1 ，则称这种接口 关系为s i s o 型接口关系，并称相应的重写为s i s o 型重写；2 ) 月= m = i ，矿 i 或m 7 1 ， 则称这种接口关系为s l m o 型接口关系，并称相应的重写为s i m o 型重写；3 ) 1 或m 1 ， = m = 1 ，则称这种接口关系为m i s o 型接口关系，并称相应的重写为m i s o 型重写：4 ) n i 或m l ， 1 或m 1 ，则称这种接口关系为m i m o 型接口关系，并称相应的重写 为m 1 s o 型重写。之前文献研究了s i s o 型接口关系的重写，然而尽管s i s o 型接口关系是 基本的，却不能完全描述具有复杂接口关系的实际网重写系统。因此将接口关系扩展到 s 1 m o 、m i s o 和m 1 m o 型。为保证重写的确定性，对于不同类型的接口关系进行了约束： 假定基础p c ) t r i 网g ，一重写规则，的左手侧工的输入输出节点对为 融，也x 继，吒卜，( ，矗x 加2 1 ) 砂e g 、艺，上( f j ) ，若y 。) ，则y e ( ) ； v y g 、。，j 幺e 上( f ，) ，若y o 乙) ，则j ，( 】已) 注释7 ：明确规定任意时刻网重写系统的两种事件，即变迁的触发和重写规则的应用。 不能同时发生。该规定可以保证基础p e t r i 网的动态演化和重写过程不相互干扰。 6 第二章理论基础 注释8 ：基础p e t r i 网g 应用重写规则，后，得到g 。g 的流关系，由下式表示： f ( 工，j ，) = f f x ，y ) i f 工芒r y r ( x ，y ) i f x 仨r y r 。；。f ( 五，( 只) ) l 。f y l 矿x g r a y r 1 。f ( ，( x y ) ) l f j i f i x r y r 坳g 7 ，m ( p ) ，给出如下： 肌，= 黜簇： 注释9 ：改进的网重写系统具有一些有价值的性质，这些性质是n r s 所不具备的。i n r s 的重写过程的4 个典型的性质：局部性、传递性、自反性和可逆性。 2 2 1 基本模块类型 i n r s 区别于n r s 的一个显著的特点在于，前者的网重写规则的左右手侧p e t r i 网约束 到一个类型库上，下面给出类型库中包括的各类p n 的定义，它们均属于平凡p e ：w i 网子类。 启戈2 - 3 ：将一个实际制造系统的p e t r i 网模型的库所区分为操作库所和资源库所。 坳e p ，若肼。( p ) = o ，则p 为操作库所。反之，p 为资源库所 扈戈“：对p e 自r i 网g = ( ，l ，g o ) ，当p = p o = 力，t = f = a ，m o ( v ) = o ，表示 g 退化为一单一操作库所，称为单库所p n ，记为s p = ( p ) ，令= p o = p 。相似地，当 p e t r i 网g 退化为单一变迁，即t = ， ，p = f = o ，则称为单变迁p n ，记为s t = ( ，) ，令 k = o 2 t 。 启戈 ：对标记p e 埘网g = ( p ，t ，f ，帆) ，设p = p l ，p 2 ，见) ，r = “，r 2 ， ，不 存在有向回路， 1 ) 若，i = = d ，并且v 尸，l 。p | 爿p i = l ，则称g 为一开式标记图，记为o m g ，并令 = 、1 0 掌； 2 ) 若。见= 以= o ，并且v f t ，i h t i = t ，则称g 为一开式状态机，记为o s m ，令儿= p l 、 j k 2 n 。本定义的两个示例如图2 - l ( a ) ，( b ) 所示。 舣2 - 6 ：p e t r i 网g = ( 只r ，f ，心) ，其中尸= p u ，p = 她，见，见 ，p ，= 西， r = ，f 2 ，f - ，i = p 、= 力。若g 的子网g = ( p ，t ，f ， “) 为一o m g ，则称g 为 一闭合标记图，记为c m g 。令= ，o = 。示例如图2 - 1 ( c ) 7 东南大学硕士论文 嘞如玲 ( a )( ” ( c ) 图2 - 1 ( a ) o m g( b ) o s m ( c ) c m g 碧戈2 - 7 ：给定一个标记p e t r i 网g = ( 只r ，f ，) ，其中p = ，u ，f 尸陲1 ， r = “，2 ，- ) ，g 称为顺序c m g ，记为s c m g ，当且仅当，i ) g 的子网g = ( 尸，t ，f ， “) 为一o m g ；i i ) 坳p 与g ，中部分节点组成t 个c m g 。记为q ，c 2 ，q 。若t 2 ，任 取两个e ，c j ( i j ) ，c n c , = p - i i i ) 。，、c p ，。令= ，o = 两个s c m g 的例子如图2 - 2 众 ( a )( ” 图2 - 2 两个s c m g 示例 定戈2 名：给定标记p e t r i 网g = ( 尸，t ，f ， 厶) ，g 由k 个相互分离的子网g l , g 2 ，g 组 成，即g = u ：g 且d n g = o ( f j ) 。1 ) 若任意子网g 为一o m g ，则称g 为i 平行o m g ， 记为o m g ( k ) ；2 ) 若任意子网g 4 蔓t 3 - o s m ，则称g 为k 平行o s m ，记为o s m ( k ) ；3 ) 若 任意子网g ，为一c m g ，则称g 为t 平行c m g ，记为c m g ( k ) ；4 ) 若任意子网g 为一 s c m g ，月称g 为k 平行s c m g ，记为s c m 0 0 ) 。对任意子网g ，令的输入输出变迁 对为( 正，屯) 一o m g ( 2 ) 和o s m ( 3 ) 的例子，如图2 3 ( a ) 和( b ) 所示一c m g ( 2 ) f f q 】s c m g ( 2 ) 的例子，如图2 - 3 ( 0 、( d ) 和( e ) 所示。 8 蛳 # 第二章理论基础 (c)(d) ( e ) 图2 - 3 ( a ) o m g ( 2 ) o s m ( 3 ) ( c ) c m g ( 2 ) ( d ) c m g ( 2 ) ( e ) s c m g ( 2 ) 启义2 - 9 ：给定一标记p e t r i 网g = ( p u p ，t ，f ，m 0 ) ，其中，= 石u 墨u 弓， 霉n t = o o 力 v t 五，。f = a 且t = ，i v t e 五，= o 且f = n 令 五= 止，三，e ) ，乃= 七，匕，乙 对任意曩e 正，匕e 霉，i ) 若p - = g 且 g = ( i - ，r ：，：)- - o m g ，其中r = 融) u 五u 匕 ，则称g 为k 输入，输出变体o m g ， 记为o m g ( k ，) ；2 ) 若户r o ，且g = ( p ，t ，f ：帆) 为一c 脚，其中t = 纯 u 瓦u 匕， 则称g 为k 输入，输出变体c m g ，记为c m g ( k ，) 。 一o m g ( 2 ，1 ) 的例子如图2 - 4 ( a ) 所示。 缈tl肉潍2 t 2 ( a )( b ) ( c ) 图2 - 4 ( a ) o m g ( 2 ，1 ) ( b ) c m g ( 2 ，2 ) ( c ) o s m ( 3 ，2 ) 定义2 - 1 0 ：给定一标 记p e t r i 网g = ( e o ，t ，f ，g o ) ，其中t = ，f 2 ，f _ ) ，p = 耳u b u 只， 毋n 只= 0 0 s j 3 ，i s 力，1 月i ，1 只p l ，i 昱陋l 。即置，。p = o 且p 霉 。砌b ，p = o 且 ，= 0 。令毋= 以，蠢，z ，只= p 0 ，p 乙，以) 。若对任意丸e 日，0e 只， g = ( ，：r ，f ， “) 为一o s m ，其中p 7 = 赢 u 最u 比) ，则称g 为k 输入，输出变体o s m ， 记为o s m ( k ，) 一o s m ( 3 ，2 ) 的例子如图2 - 4 ( c ) 所示。 2 3 基本平台的软件基础 基础平台包括p e t r i 网的编辑、分析、仿真和重构等七大功能模块，具体架构如图2 5 。 9 令 o j o 足一一c+日一v 足v 一粼叁 东南大学硕士论文 0 二 一 叵卜叫一t e * 一- ，卜虻篓要叫、专i 1 照 一 这七个功能组件分别是：主控台、模型分析器、仿真器、代码生成器、代码下载器、 重构器以及数据库访问组件。主控台是开发平台的核心，除了集成一个p e 们网编辑器外， 还提供了与其它组件的交互接口，通过这些接口，主控台可以调用其它组件提供的各种服 务，包括模型分析、仿真、代码生成、代码下载、重构和数据库访问。 1 主控台 主控台包含了一个p c t r i 网编辑器以及和其它各个软件模块的交互接口。p e t r i 网编辑 器主要实现以下几个功能： 编辑p e t t i 网，主要包含库所、变迁、流关系( 有向弧) 以及注释的编辑功能，具体包 括库所的添加、删除、名字更改、令牌编辑等功能；变迁的添加、删除、名字更改、翻转 等功能；有向弧的建立、删除、权值编辑、属性设置( 折线还是曲线) 等功能；并实现了 p c t r i 网元素的各种鼠标键盘事件，使之可以进行各种操作，比如点击、拖动等。 存储编辑好的p e t r i 网。 打开一个存储的p c t r i 网。 实现p e t r i 网向p n g 和p s 脚本图形格式的转变。 交互接口使得主控台可以与其它各个功能模块进行通讯，调用其它模块的功能。 2 仿真器 仿真器实现了p c t r i 网逻辑控制器的仿真。p e t r i 网是一个可以运行的数学工具，它的 运行主要是通过变迁的触发影响令牌在库所中的分布。仿真器通过动画的形式给出了资源 ( 令牌) 在系统中的流动，并高亮显示触发的变迁，以这种方式来仿真系统的运行。 3 模型分析器 模型分析器实现了可重构p e t r i 网逻辑控制器的p e t r i 网模型的行为属性分析，主要包 括可逆性、活性和有界性。经典的基于有限可