一种针对具有装配操作的自动制造系统的分布式控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于自动化制造系统技术领域，涉及一种针对具有装配操作的自动制造系 统的分布式控制方法。
【背景技术】
[0002] 为了快速响应市场变化并且满足层出不穷的客户需求，科学家们研制出了自动制 造系统。通常，一个自动制造系统由多个加工进程组成，这些加工进程根据各自的工艺方案 并发地完成各自的加工任务。在这些进程的执行过程中，往往需要一些资源（比如说缓冲 器，材料运输设备等）来辅助他们的完成。在实际中，这些资源是有限的，这就使得他们必 须被这些加工进程所共享。然而，这样的一个加工环境很容易引起死锁。一旦出现死锁，系 统将出现生产停滞现象，从而造成严重的甚至灾难性的后果。解决自动制造系统中的死锁 问题，通常的做法就是引入相应的控制器，施加给既定系统模型，从而避免不理想行为的发 生。
[0003] 在过去的数十年里，已经开发出了一系列的监督控制方法。这些监督控制方法可 以分为集中控制方法和分布式控制方法。在工业上，实际的自动化制造系统规模错综复杂。 每一个自动化制造系统都是由规模相对小的、局部的、异步的、相互作用的子系统组成。它 的执行是这些子系统相互作用的结果。很显然，随着这些子系统模块数量的增加，采用集中 控制方法将会面临着"状态爆炸"问题，随之带来众所周知的计算和存储复杂度问题。基于 上述问题，越来越多的研究者把注意力转向分布式控制方法。采用分布式控制方法，中央控 制器所完成的监控任务可以由一组局部控制器共同完成。每一个局部控制器接收其所控制 子系统的观测信息，并且根据所接受的局部观测信息做出局部决策，这样就大大降低了计 算和存储复杂度。
[0004] 通过对现有的分布式控制方法进行总结分析，发现它们在广泛推广的过程中存在 缺陷，具体体现在：1.由于具有装配操作的自动化系统使得控制器的设计变得异常复杂， 目前大部分分布式控制方法只局限于解决具有柔性路径的自动化制造系统的死锁问题，而 忽略了具有装配操作的自动化制造系统。然而，与柔性路径相比，装配操作赋予了系统更丰 富的结构信息。基于具有装配操作的自动化制造系统的研究成果，更具有一般性，能够推广 到更为复杂的自动化制造系统中去。2.在这些分布式控制方法中，很多需要依赖于可达图 或者系统结构来完成控制器的设计。然而，无论是基于可达图还是系统结构，都会因计算复 杂度问题难以将这些方法应用到大规模的自动化制造系统中去。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种针对具有装配操作的自动化 制造系统的分布式控制方法，极大的减少了观测器和进程之间的通信量，并且能够容易地 扩展到更为复杂的自动化制造系统中。
[0006] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0007] -种针对具有装配操作的自动制造系统的分布式控制方法，包括以下步骤：
[0008] 1)给定一个F_AMG，M是当前时刻的一个可达状态，Ten= {t ptytj表示在状态 M下能够使能的变迀的集合，Ira表示系统受控后在状态M下能够使系统无死锁运行的变迀 的集合；其中，k表示在状态M下能能够使能的变迀数量；
[0009] 2)初始化m = 1，Ten= Φ，T CN= Φ ;其中，m为一个计数变量；
[0010] 3)从Ten中选择变迀t "，并且从到达变迀的一个操作库所中任意选择一个托肯， 判定该托肯所在的位置，如果该托肯位于分流操作和装配操作之间的一个平行进程，则进 行步骤4)，否则进行步骤5)
[0011] 4)在其他托肯都静止的情况下，若所选择的托肯能够从其当前位置到达其所在平 行进程中的一个子关键库所，并且剩余的每一个平行进程中都存在一个托肯，能够从其当 前位置到达其所在平行进程中的一个子关键库所，那么进一步判断这些托肯经过装配操作 组合而成的托肯，能否在其他托肯都静止的情况下，能够到达距离其最近的全局关键库所， 若能，变迀tm能被使能，T CN= T CN+{tm}，m = m+Ι，进行步骤6);否则，m = m+Ι，进行步骤6);
[0012] 5)判断在其他托肯都静止的情况下，所选择的托肯能否从其当前位置移动到离它 最近的全局关键库所，若能，变迀1^能被使能，并且T CN= TCN+{tm}，m = m+Ι，进行步骤6); 否则，m = m+l，进行步骤6);
[0013] 6)当m < k，进行步骤3);
[0014] 7)当Ten中的所有变迀都检测完毕，最终输出的T CN即为在状态状态M下，保证系 统无死锁运行的变迀的集合；激发其中的任意变迀，得到新的状态，根据步骤1)-步骤6)， 判定在该状态下能够保证系统无死锁运行的变迀的集合；如此反复，最终得到保证系统无 死锁运行的发射序列。
[0015] 所述步骤4)的具体过程为：
[0016] 给定一组托肯，该组托肯分别表示托肯。位于不同 平行进程中的η个子部件，并且0Z1表示从到达的一个操作库所中所选择的托肯，ak，°h ~ ^，％9分别表示位于第1个，第j 2个……第j "个平行进程中的托肯，η表示 平行进程的个数；
[0017] 4. 1)给定局部关键库所的集合
其中，ζ表示该集合中所含有的局部关键库所的个数，并且V I' e ?
分别表示位于第J1个，j 2 个，……，jn个平行进程中的子关键库所，Nz= {1，2……z};
[0018] 4. 2)初始化1 = 1，其中，1表示一个计数变量；
[0019] 4.3)从集合中选择局部关键库朋
进行 步骤4. 4);
[0020] 4. 4)判断在其他托肯都静止的情况下，是否有足够的资源支持所选择的托肯％ 从其当前位置移动到第J1个平行进程中的子关键库所pf'若能，判断当所选择的托肯《? 位于子关键库所，并且在其他托肯都静止的情况下，第j2个平行进程中是否存在一个 托肯能够从其当前位置前进到第j2个平行进程中的子关键库所若能，判断当所 选择的托肯0Z1位于子关键库所pf，第j2个平行进程中所选择的托肯 0A位于子关键库所 ，并且在其他托肯都静止的情况下，第j3个平行进程是否存在一个托肯能够从其当 前位置前进到第j3个平行进程中的子关键库所，若能，再判断第j4个平行进程；以此 类推，直到遍历完所有的平行进程；
[0021] 若满足上述条件，进行步骤4.6);否则，1 = 1+1，进行步骤4.5);
[0022] 4. 5)当I < z时，进行步骤4. 3)，否贝丨J，m = m+Ι，进行步骤6);
[0023] 4. 6)判断所选择的托肯与其他各个平行进程中所选择的托肯经过装配操作所合 成的托肯能否在其他托肯都静止的情况下，前进到距离其所在的标志图模块最近的全局关 键库所；若能，变迀1^能被使能，并且TeN= T eN+{tm}，m = m+Ι，进行步骤6);否则，m = m+1， 进行步骤6)。
[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明避免穷举状态空间，降低算法的复 杂度，实现规模庞大的系统的高效控制，采用一种动态的、在线的、分布式的控制方式对局 部状态进行观测和控制，从而最终确保整个系统的无死锁性。与现有的分布式控制方法相 比，本发明的优点具体体现在以下几个方面：
[0025] 1.本发明是针对具有装配操作这种结构特点的系统所提出的一种分布式控制方 法，和原有的针对具有柔性制造结构特点的系统所提出分布式控制方法相比，该方法所产 生的结论更具有一般性，是对原有结论的进一步延伸，使得该方法能够容易地扩展到更为 复杂的自动化制造系统中去。
[0026] 2.本发明采用的是实时在线的控制机制，不需要事先设计控制器。这就意味着一