Моделирование технологических процессов на базе вложенных гибридных сетей Петри

• Автор: Скородумов, Павел Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Вологда
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ.
1 АНАЛИТИЧЕКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К МОДЕЛИРОВАНИЮ И АНАЛИЗУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

1.1 Технологические процессы и их моделирование.

1.2 Постановка проблемы и определение предварительных требований к

математическому аппарату.

1.3 Математические модели дискретнонепрерывных систем

1.3.1 Агрегативная система Н.П. Бусленко

1.3.2 Непрерывнодискретная система В.М. Глушкова.

1.3.3 Гибридная система А. Пнуэли.

1.3.4 Сети Петри
1.3.4.1 Дискретнонепрерывные ДИ сети Петри.
1.3.4.2 Гибридные сети Петри ГСП
1.3.4.3 Вложенные сети Петри ВСП
1.4 Существующие подходы к моделированию дискретнонепрерывных
систем.
1.4.1 Однокомпонентные модели.
1.4.2 Многокомпонентные модели
1.4.3 Графические оболочки на базе гибридных автоматов
1.4.4 Программная.среда ОСЫЕТ.
2 РАЗРАБОТКА МОДИФИЦИРОВАННОГО АППАРАТА ВГСЛ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.
2.1 Обыкновенные сети Петри.
2.2 Расширения сетей Петри
2.2.1 Элементарные сети Петри.
2.2.2 Сети Петри высокого уровня
2.2.3 Раскрашенные сети Петри.
2.2.4 Непрерывновременные сети Петри.
2.2.5 Ингибиторные сети Петри.
2.3 Гибридные сети Петри
2.4 Вложенные сети Петри
2.5 Модифицированный аппарат вложенных гибридных сетей Петри
3 МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВГСП
3.1 Общий подход и методика построения модели технологического процесса с использованием модифицированного аппарата ВГСП
3.2 Основные положення ТАУ
3.2.1 Основные определения и принципы построения САУ
3.2.2 Классификация САУ.
3.2.3 Цифровые системы автоматического управления.
3.3 Реализация непрерывной части системы в терминах СП
3.3.1 Динамические звенья САУ
3.3.2 Безынерционное звено.
3.3.3 Идеальное дифференцирующее звено.
3.3.4 Идеальное интегрирующее звено
3.3.5 Реализация остальных звеньев в терминах аппарата сетей Петри
3.4 Реализация цифровой части системы в терминах СП
3.4.1 Аналогоцифровой преобразователь.
3.4.2 Цифровое вычислительное устройство.
3.4.3 Цифроаналоговый преобразователь.
4 РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА НА БАЗЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО РАСШИРЕНИЯ СЕТЕЙ ПЕТРИ ВЫСОКОГО.
4.1 Разработка архитектуры программного комплекса
4.2 Разработка алгоритмов программного комплекса.
4.2.1 Блоксхема алгоритма вычисления маркировки ГСП.
4.2.2 Блоксхема алгоритма формирования матрицы инцидентности системной сети.
4.3 Моделирование типовых динамических звеньев в 1ерминах модифицированного аппарата сетей Петри.
4.3.1 Модель безынерционного звена.
4.3.2 Модель идеального дифференцирующего звена
4.3.3 Модель идеального интегрирующего звена.
4.4 Применение модифицированного аппарата ВГСП к моделированию операционного технологического процесса кузнечного отжига
4.5 Применение модифицированного аппарата ВГСП к моделированию
технологического процесса производства сортировки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В отличие от обслуживающих процессов они влияют на сам технологический процесс, принимая в нем непосредственное участие. Образованная таким образом система состоит из разнородных компонент, в общем случае представленных сложной комбинацией дискретных и непрерывных составляющих. Такие системы демонстрируют как непрерывные, так и дискретные аспекты поведения и нося г название гибридных систем [1,,]. В литературе также используются термины «непрерывно-дискретные системы», «системы с переменной структурой», «событийно-управляемые» [,]. Под технологическим процессом в данной работе будут рассматриваться дискретно-непрерывные технологические процессы с элементами обслуживания. Дискретно-непрерывные системы - это параллельные и распределенные динамические системы, состоящие из большого числа элементов различной природы [,]. Поведение таких элементов описывается дискретными процессами, время реакции на события в которых является несущественным для анализа системы, и непрерывными процессами с конечной длительностью. Дискретно-непрерывные системы не могут быть сведены к чисто дискретным моделям, так как динамика их непрерывных компонент достаточно сложна. Таким образом, невозможность представления дискретно-непрерывных систем только дискретными или только динамическими моделями позволяет выделить их в отдельный класс систем, поведение которых описывается бесконечной последовательностью сменяющих друг друга мгновенных дискретных и длительных непрерывных поведений. Проектирование, внедрение, эксплуатация и эволюция технологических процессов невозможны без использования различных видов моделирования [,]. На всех этапах необходимо учитывать такие особенности как сложность структуры и стохастичность связей между элементами, неоднозначность алгоритмов поведения при различных условиях, большое количество параметров и переменных; неполноту и недетерминированность исходной информации, разнообразие и вероятностный характер воздействий внешней среды и так далее. Вне зависимости от разбиения конкретного технологического процесса на подсистемы, при проектировании'каждой из них необходимо выполнить внешнее и внутреннее проектирование. Используемые при этом методы и средства моделирования могут существенно отличаться. На стадии макропроектирования разрабатывается обобщенная модель функционирования технологического процесса. Стадию внешнего проектирования разбивают на анализ и синтез. При анализе изучают объекты управления, строят модель их взаимодействия с внешней средой, определяют критерии оценки эффективности, имеющиеся ресурсы, необходимые ограничения. Конечная цель стадии анализа - построение модели объекта управления для оценки его характеристик. При синтезе на этом этапе решаются задачи выбора стратегии управления. На стадии микропроектирования разрабатывают модели с цслыо создания эффективных обеспечивающих подсистем. Используемые методы и средства моделирования зависят от того, какое конкретно обеспечение разрабатывается: информационное, математическое, техническое, и так далее. Анализ характеристик функционировании технологического процесса с помощью только аналитических методов наталкивается на значительные трудности, приводящие к необходимости существенного упрощения моделей либо на этапе их построения, либо на этапе работы с моделью. Это может привести к получению недостоверных результатов. Сегодня наряду с построением аналитических моделей большое внимание уделяют задачам оценки характеристик технологических процессов на основе имитационных моделей [0]. Перспективность этого вида моделирования возрастает с повышением быстродействия и развитием математического обеспечения. Это способствует появлению новых «чисто машинных» методов решения задач исследования на основе организации имитационных экспериментов с моделями. Ориентация на универсальные ЭВМ позволяет проводить не только анализ их характеристик, но и решать задачи структурного, алгоритмического и параметрического1 синтеза таких систем при заданных критериях оценки эффективности и ограничениях.