基于矩阵方法的有界Petri网系统的能观性分析

Petri网和有限自动机是离散事件动态系统的两类主要研究内容.而Petri网系统的能观性分析与判别是基于Petri网的实际系统设计、优化、监测及控制的重要基础.以往关于Petri网能观测性的研究缺乏定量化的充要判别条件.本文利用代数矩阵方法研究了带有输出的有界Petri网系统的能观性问题.首先,基于矩阵的半张量积,将带有输出的有界Petri网系统的动态行为以线性方程组的形式建立了数学模型.然后,针对初始标识和当前标识,介绍了两种能观性定义.最后,基于矩阵运算建立了关于有界Petri网系统能观性的几个充分必要条件,并给出严格证明.数值算例验证了理论结果.本文提出的方法实现了有界Petri网系统能观性的矩阵运算,易于计算机实现.

基于带抑制弧的Petri网描述的嵌入式系统模型组合与性质分析

为了有效满足嵌入式系统的建模需求,提出基于带抑制弧的Petri网描述的嵌入式系统模型(PIRES+网)。当采用PIRES+网对大规模复杂嵌入式系统进行建模时,会遇到“状态空间爆炸”问题,为了有效缓解该问题,提出PIRES+网的两种组合方法;就组合网对活性和有界性的保持问题进行研究,最后以移动终端网络通信系统的建模和分析为例,表明了所提组合方法的有效性。

SSPN-RA:基于SS-petri网的工业控制系统安全一体化风险评估方法

随着信息化与工业化的融合不断加深,工业控制系统中信息域与物理域交叉部分越来越多,传统信息系统的网络攻击会威胁工业控制系统网络。传统的工业控制系统安全评估方法只考虑功能安全的风险,而忽略了信息安全风险对功能安全的影响。文中提出一种基于改进petri网的工业控制系统功能安全和信息安全一体化风险建模方法(Safety and Security Petri Net Risk Assessment,SSPN-RA),其中包括一体化风险识别、一体化风险分析、一体化风险评估3个步骤。所提方法首先识别并抽象化工业控制系统中的功能安全与信息安全数据,然后在风险分析过程中通过构造结合Kill Chain的petri网模型,分析出功能安全与信息安全中所存在的协同攻击路径,对petri网中功能安全与信息安全节点进行量化。同时,通过安全事件可能性以及其造成的各类损失计算出风险值,实现对工业控制系统的一体化风险评估。在开源的仿真化工工业控制系统下验证该方法的可行性,并与功能安全故障树分析和信息安全攻击树分析进行对比。实验结果表明,所提方法能够定量地得到工业控制系统的风险值,同时也解决了功能安全与信息安全单一领域分析无法识别的信息物理协同攻击和安全风险问题。

基于执行器冲突预防的平行Petri网控制系统设计

为了获得可靠安全的控制系统,提出一种执行器冲突预防的平行Petri网设计方法。利用智能体扩展了平行Petri网定义,并设计平行Petri网执行算法;给出Petri网3种基本模块的设计方法,将生产工艺转化为Petri网模型;设计了执行机构冲突预防算法,通过添加控制库所避免Petri网进入冲突状态,得到无冲突的Petri网模型。最后,通过C语言和Twin CAT联合编程,在一个芯片检测系统上进行实验,验证了该方法的可行性和有效性。

基于优先级时间Petri网的实时嵌入式多核系统分析

已有的基于点区间优先级时间Petri网分析实时嵌入式多核系统的工作,存在以下不足:(1)点区间优先级时间Petri网只考虑每个任务的执行时间是一个固定值的情况,而更多的实际应用中每个任务的执行时间是在一个区间范围内,因此不能模拟这些应用;(2)没有实现从任务依赖图到点区间优先级时间Petri网的自动转化,不便于工程设计人员使用;(3)没有考虑任务间互斥访问共享变量的情况.为此,定义了优先级时间Petri网(Pri-TPN)以弥补第1个不足;定义带有资源分配与优先级的任务依赖图(TDG-RAP)以弥补第3个不足;给出从TDG-RAP到Pri-TPN的转化规则与算法以弥补第2个不足,以及基于Pri-TPN分析任务最坏执行时间与系统死锁的算法;开发工具软件,方便工程设计人员使用.

基于Petri网的数学建模竞赛报名系统建模优化及变化域分析

为解决数学建模竞赛报名系统中存在的结构性问题,提高竞赛报名效率,利用Petri网的相关理论对数学建模竞赛报名系统进行建模,并对竞赛报名系统存在的问题,进行了优化并使用模型间迹行为轮廓关系对模型进行变化域定位分析,最后使用PIPE软件进行仿真模拟。实验结果表明,优化后的模型具有合理性和可行性。

基于时间Petri网的电-气综合能源系统薄弱环节辨识

为有效辨识电-气综合能源系统薄弱环节,防止级联性重大事故,提出一种基于时间Petri网的电-气综合能源系统薄弱环节辨识方法。利用Petri网对系统做抽象化建模,确定故障源的关联区域子系统,并构建基于级联故障路径的时间Petri网模型,描述电-气系统故障传播的动态特性和时序差异,将级联危害评价计算融入到Petri网的运行过程中,寻找引发级联失效的关键环节,以IEEE30节点和25节点天然气系统组成的电-气耦合系统仿真分析,验证所提方法的有效性。

基于Petri网的柔性装配系统的鲁棒控制

该文集中讨论了拥有不可靠柔性装配系统(Flexible Assembly System,FAS)的鲁棒死锁控制问题,确保当故障资源恢复后系统应恢复正常生产而不会出现堵塞现象,即不仅可以在无故障资源的情况下使系统远离死锁,而且还能在有不可靠资源时保证系统的顺利生产。首先,建立拥有不可靠资源FAS的Petri网模型,模拟整个系统的运行情况和资源的故障与恢复;其次,根据系统的控制目标,通过提出的进程可被推进算法和改进银行家算法设计了一种满足鲁棒性的死锁避免策略;然后,利用两个例子验证所设计的鲁棒控制策略的有效性;最后,对比实验结果表明,所提出的死锁控制策略所得到的可达标识数为30710个,显著多于其他论文的策略,在可允许性上具有一定优越性。

基于Petri网的鲍店煤矿主运系统可靠性分析

煤矿井下皮带运输系统的健康状态直接影响矿井生产效率。健康状态下的煤矿井下皮带运输系统能提高主运系统的可靠性,保证产煤效率,促进煤矿增产增效。本文针对鲍店煤矿七采区主运系统,首先分析七采区主运系统的组成部分,建立主运输系统的Petri网分析模型,并对其进行可靠性分析,求解鲍店煤矿主运系统的可靠度,分析主运系统薄弱环节,为煤矿主运系统升级和改造提供理论依据。

基于毕达哥拉斯模糊概率Petri网的FPSO单点关键部件风险评估

为准确对FPSO单点系泊系统关键部件进行风险评估,通过产生式规则建立概率Petri网络模型,基于德尔菲法的结构熵权法确定专家权重,并引入毕达哥拉斯模糊集理论收集、聚合专家意见得到基本事件的模糊可能性得分和模糊失效概率,利用概率推理算法迭代出最终的失效概率,并进行基本事件重要度分析。实例分析结果表明,引起单点系泊系统发生失效的主要因素有电滑环电刷磨损、电滑环负载电流较高、液滑环结构物晃动冲击、液滑环润滑不充分、电滑环电压过高击穿等。针对主要风险因素提出预防和控制措施,能够保障系统安全正常地运转。

基于Petri网的终端区ADS-B监视系统及其可靠性研究

为辅助塔台管制人员决策,提升航空器运行安全性,提出一种以广播式自动相关监视(ADS-B)数据为数据源的终端区监视系统。首先,基于系统需求分析系统架构特征,利用面向对象Petri网(OOPN)灵活、易于模块化设计等优点,将复杂系统模块化,分别建立子系统模型,依据子系统间的交互关系建立整体系统简化模型,并分析模型的可靠性;然后,设计ADS-B数据流实时传输引擎,利用无线传输的方式提升数据使用效率,然后,设计ADS-B数据流实时传输引擎,利用无线传输的方式提升数据使用效率,有效传输虚拟系统与外部实体之间的数据;最后,基于虚幻引擎(UE4)平台,构建虚拟现实仿真系统,实时监视机场及周围一定范围内的航空器。实时监视机场及周围一定范围内的航空器。结果表明:该系统建模方法能提高系统的模块性和可靠性,增强系统逻辑结构的易分析性,构建的系统可以安全、可靠地实现终端区监视功能。

有界Petri网系统稳定性与镇定性分析的矩阵半张量积方法

基于矩阵半张量积(semi-tensor product,STP)方法,本文研究了有界Petri网系统稳定性和镇定性问题.首先,在布尔代数框架下,对先前所建立的有界Petri网系统的标识演化方程进行了改进.利用改进后的这个方程,给出了有界Petri网系统平衡点稳定性判别的充要条件.其次,为了研究有界Petri网系统的标识反馈镇定问题,定义了Petri网系统的标识k步前可达性集,并给出了它的一些基本性质.利用这些性质,给出了有界Petri网系统镇定性的判别方法,并设计了最优标识反馈控制器的有效算法.本文的结果是基于矩阵形式的,利用MATLAB的STP工具箱,可将Petri网系统的稳定性和镇定性判别问题转化为简单直接的矩阵计算问题.该方法的优势不仅在于所得到的结果形式简单,而且易于计算机实现.最后,实例说明了该方法的可行性和有效性.

基于着色Petri网的地铁系统运营期应急管理流程建模与分析

为解决现有地铁应急预案中文本式管理流程难以直观展现各环节的联动性问题,以系统分析视角梳理我国地铁系统一般应急管理流程,基于着色Petri网理论构建地铁系统运营期应急流程模型;运用CPN Tools软件构建应急流程的CPN模型,验证模型的可行性;以可达树算法同构的马尔科夫链计算地铁系统着色Petri网模型的性能指标,识别流程的关键节点,并以实际算例数据为基础进行仿真分析。研究结果表明:构建的模型具有有界性和活性;该地铁系统运营期应急流程的关键节点为“接警”、“判断突发事件级别”及“判断事态控制情况”,研究结果可为应急管理流程优化提供借鉴。

基于随机赋时Petri网的原烟卸货物流系统建模与仿真

复烤厂物流活动中原烟卸货环节存在工人作业不合理、装框时间过慢、空框准备时间过长,造成整体卸货效率低,导致后续生产不连续。为解决上述问题提出改进方案,首先,根据卸货作业流程建立原烟卸货物流系统的随机赋时Petri网模型;其次,建立对应Anylogic仿真模型;最后,通过复烤厂实际数据进行仿真优化。仿真实验表明所用方法缩短了空框准备时间、自动装框时间,提高了其整体装框效率和卸车工人、整形工人的资源利用率。同时,验证了模型的有效性,为复烤厂在卸货环节提供参考。

基于Petri网煤矿预警系统模型优化及变化域分析

煤矿预警系统是保障煤矿井下工人安全的重要组成部分,为此,采用Petri网技术对煤矿预警系统模型进行了优化并对其变化域进行定位分析。首先给出传统的基于云计算的煤矿预警系统模型,其次利用库所和变迁之间的关系,找到原模型中的所存在的问题,再结合边缘计算技术对原模型的变迁和库所进行合理改动,并使用模型间迹行为轮廓关系来对模型进行变化域定位,最后用PIPE软件进行仿真模拟来说明优化后的模型具有合理性和可行性。

基于有色Petri网的催化裂化分馏系统信息安全验证

催化裂化分馏系统智能化转型的同时也面临更大的信息安全威胁,而信息安全验证聚焦网络攻击下系统的安全性能研究,能降低系统的安全风险。根据系统的安全需求提出一种融合系统理论过程分析和有色Petri网的安全验证分析框架。首先通过系统理论过程分析提取完备的安全约束;然后基于有色Petri网构建逻辑与行为精准的安全验证模型;最后,以简化系统为对象进行安全验证。实验结果证明了所提框架能有效验证安全约束触发行为与系统安全性能之间的潜在关联。

带有同步变迁的有界Petri网系统的建模及可达性分析

由于存在可达标识集的爆炸性问题,大型Petri网系统的建模及可达性分析等问题的研究存在难度.文章利用矩阵的半张量积工具,研究了带有同步变迁的有界Petri网系统的建模及可达性问题.一方面,由于该类Petri网系统可以看作是由若干个子Petri网系统组成,所以可以用半张量积工具表述得到整个Petri网系统的矩阵表示.另一方面,在得出的矩阵表示的基础上,研究了两个标识之间可达性的充要判据,并给出了求可达变迁序列的算法.最后,文章用实例验证了该算法的正确性.所提出的方法在一定程度上解决了状态空间爆炸问题,并易于计算机实现.

多工艺路线下柔性加工系统Petri网调度方法

为解决多工艺路线下的柔性加工系统(Flexible Machining System under Alternative Routes,FMSAR)中加工和运输工序集成调度困难、生产效率低下的问题,以完工时间为目标,考虑工件加工、工件运输、工件批量和多工艺路线的情况,建立了柔性加工系统赋时变迁Petri网模型,该建模方法避免了工件共享资源造成的死锁情况。在此基础上,以可行变迁序列为输入,设计了实际代价函数和启发式预估代价函数,并结合波束搜索框架,只对每个搜索阶段的部分优秀节点进行下一步拓展,减小了可达图搜索空间,提高了算法运行效率。通过实例分析和算法对比,验证了该建模方法的可靠性和优化方法的可行性。

面向资源Petri网的自动制造系统死锁预防

在自动制造系统(automated manufacturing systems,AMSs)中,死锁是一个急需解决的问题,其主要由资源的循环等待造成.为了解决该问题,本文首先基于面向资源Petri网(resource-oriented Petri nets,ROPNs)的特征,建立特殊资源标记图(special resource marked graphs,SRMGs).其次,在SRMGs中建立死锁与饱和回路之间的关系.最后通过为一些特殊回路添加控制器,阻止系统出现不安全标记.考虑到资源故障问题,为危险库所添加资源缓冲子网,保证需要故障资源的零件不会阻塞其他零件的持续生产.相比现有的控制器,本文的监督控制器具有控制开关,其通过实时改变控制库所的容量可以允许更多安全标记发生.

模糊PETRI网在电力系统故障诊断中的应用

本文主要研究了一种基于模糊Petri网(Fuzzy-PETRI)理论的电网故障诊断方法,该方法能够有效提高电网故障诊断效率及可靠性。本文首先介绍了模糊Petri网相关知识及其基本原理;其次详细阐述了FPN与传统Petri网之间的区别以及两者结合后所具有的优势;然后提出了基于FPN的电网故障诊断模型,并给出了相应的推理算法;最后通过算例分析验证了该方法的可行性、正确性和实用性。