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混杂动态系统建模与控制理论研究
黄杰理
1992-06-01
学位类型工学博士
中文摘要混杂动态系统(HDS)是一类涉及到连续变量动态系统(CVDS) 和离散事件动态系统(DEDS)的混合情况的动态系统。在DEDS研 究中主要研究离散事件对离散状态的影响,而没有考虑离散事件的 发生原因。一般情况下DEDS的状态是由一类数值和离散变量所组 成,如工作站工件的等待数、机床的运行状态、信息的传送和接收 等。而相当一类离散事件的发生原因是由于连续变量的连续变化达 到特定状态而产生的。在这种情况下,一方面连续系统的某些状态 以离散事件的形式影响离散状态,另一方面离散状态或事件以控制 指令等方式改变连续变量的轨迹。HDS理论研究的重点就是CVDS 和DEDS共存情况下两种不同类型变量相互影响的规律。其系统分 析必须在单一的模型框架中进行。 本文首先对HDS的应用背景和研究现状进行了详细的介绍, 然后从两个研究方向对HDS的建模和控制问题进行了较为全面的 分析。由于HDS应用背景广泛,系统类型也很复杂,针对这一现象 本文提出以HDS系统内离散和连续动态藕合情况作为HDS的分 类方法,以及紧藕合HDS与松藕合HDS的概念。并且把HDS的特 征概括为混合性、交互性、实时性和模块性四个方面。然后本文根据 HDS的这一分类,对HDS建模和控制问题的研究分两大部分分析。 松藕合HDS由于其结构上的独立性,首先在其分析模型的选 取上应该采用层次模型,即连续系统层和离散监控层采用各自相应 的分析方法,而不同层次的信息交换采用接口层的方式进行。在这 种模型框架中,HDS的研究主要在于各种不同层次模型的特点以及 系统内不同类型动态信号的相互影响问题。本文首先针对层次模型 的特点重点研究三类基本问题,即模型的一致性、连续系统的离散 化描述以及由于离散化所造成的不确定性。在一致性研究上,本文 提出了时间、信号类型和功能的一致性问题,并进行了详细讨论。 连续状态的离散化描述使HDS的研究转换为DEDS形式,但由此 产生的状态离散描述的不确定性问题直接影响模型分析和控制实 施。对此本文研究了满足确定性和可控性的离散化准则。在松藕合 HDS的总体建模方面,本文提出了一种基于PETRI网的层次模型 ——混合PN网。该模型的离散控制器采用了结合HDS特点的并具 有输入输出端口的PETRI网结构,同时采用两种不同的接口函数, 以满足离散控制器实施开关量和数值控制。 紧藕合HDS由于其内部离散与连续变量的相互影响,决定了 它的建模方法不可能采用单独的CVDS和DEDS模型,而只能采用 关系模型,
英文摘要Hybrid Dynamic Systems refter to a class of systems which are composedof looth Continuous Variable Dynamic Subsystems (CVDS) and DiscreteEvent Dynamic Subsystems (DEDS). The conventional systems involvecontinous variable which can be describled by difference ordifferential equations. And DEDS is a finite state transition which isobserved and can be controlled by a language generated by the labeisthat are attached to each transition. However, in most applications, continuous variable subsystems and discrete event subsystems exist inthe same framework. Not only does the evolution of continuous variablesaffect the occurrence of discrete events, but the discrete events alsochange the performance of continuous variable system. In this paper, the author puts emphasis on the modelling and controlling of HDS. First, HDS is classified as tight HDS (THDS) andloose HDS (LHDS) on the basis of dynamic couple of discrete andcontinuous variables. The following research consists of two parts. Thefirst one analyses LHDS and the second one analyses THDS. In LHDS modelling framework, HDS consists of three parts: discretesupervisor, interface and continuous plant. The discussion emphasizesthe consistency of various model discretations of continous state spaceand the uncertainty of discretation. The author creats a new modelling framework ----Hybrid Petri Net (HPN) and uses it to analyse LHDS. In THDS, since dynamics of THDS is not easily decoupled, the modelling frameworkof THDS must be of relational model, rather than conventional input--output map. Finally, the property of dynamic system on finite module 3 ( F3 ) isanalysed, and some results of logic and synchronization are discussed.
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/5633
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
黄杰理. 混杂动态系统建模与控制理论研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院自动化研究所,1992.
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