Algorithmische Synthese ereignisdiskreter Steuerungen mit erweiterten Petrinetz-Modellen

Bollue, Kai Dominik; Thomas, Wolfgang; Abel, Dirk

doi:37656

Algorithmische Synthese ereignisdiskreter Steuerungen mit erweiterten Petrinetz-Modellen = Algorithmic Controller Synthesis for Discrete Event Systems with Extended Petri Net Models

Bollue, Kai Dominik^RWTH*

2018

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Kai Dominik Bollue

ImpressumAachen 2018

Umfang1 Online-Ressource (215 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2018

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Abel, Dirk (Thesis advisor)^RWTH* ; Thomas, Wolfgang (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2018-07-24

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2018-229915
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/749167/files/749167.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/749167/files/749167.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Regelungstechnik (416610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Abstract Net (frei) ; Abstract Transition (frei) ; Abstrakte Transition (frei) ; Abstraktes Netz (frei) ; Controller Synthesis (frei) ; Discrete Event Systems (frei) ; Ereignisdiskrete Systeme (frei) ; Erreichbarkeitsanalyse (frei) ; Linear Marking Constraint (frei) ; Lineare Markierungsbeschränkung (frei) ; NCES (frei) ; Petri Nets (frei) ; Petrinetze (frei) ; Reachability Analysis (frei) ; Steuerungssynthese (frei) ; Symbolic Reachability Analysis (frei) ; Symbolische Erreichbarkeitsanalyse (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Arbeit adressiert die Problematik der automatischen Generierung eines ereignisdiskreten Steuerungsalgorithmus auf Basis eines Modells der Steuerstrecke und einer Vorgabe von Ziel- und Sicherheitsbedingungen. Die Modellierung der Strecke erfolgt mithilfe von Petrinetzen, wobei als zusätzliche Kantentypen Test-, Inhibitor- und Eventkanten verwendet werden können. Stellen werden bei der Modellierung als beobachtbar oder nicht-beobachtbar, Transitionen als steuerbar oder nicht-steuerbar markiert. Ein zentrales Konzept ist die Verwendung Linearer Markierungsbeschränkungen zur Beschreibung von Markierungsmengen. Nachdem zunächst grundlegende Definitionen, Eigenschaften und Algorithmen zur Behandlung und Vereinfachung vorgestellt werden, stehen Lineare Markierungsbeschränkungen als Hilfsmittel für diverse Aspekte des vorgeschlagenen Vorgehens zur Verfügung: Zunächst wird die Transformation des gegebenen Streckenmodells in ein Abstraktes Netz dargestellt, bei dem alle im ursprünglichen Modell möglichen, durch eine Aktion der Steuerung ausgelösten Schaltvorgänge durch Abstrakte Transitionen mit äquivalenten Vorbedingungen und Wirkungen abgebildet werden. Zur Beschreibung dieser Vorbedingungen und zur Vereinfachung des entstehenden Abstrakten Netzes kommen Lineare Markierungsbeschränkungen zum Einsatz. Bereits bei der Netztransformation werden nicht-steuerbare Vorgänge in der Strecke durch einzelne Abstrakte Transitionen ersetzt. Lineare Markierungsbeschränkungen sind ebenfalls Grundlage des im Anschluss vorgeschlagenen Ansatzes zur symbolischen Erreichbarkeitsanalyse, mithilfe derer gültige Schaltsequenzen des Abstrakten Netzes gewonnen werden. Diese gültigen Schaltsequenzen dienen schließlich als Grundlage für den generierten Steuerungsalgorithmus, der die Steuerstrecke aus einem gegebenen Anfangszustand in einen Zielzustand überführt, der den Zielbedingungen genügt, wobei die vorgegebenen Sicherheitsbedingungen stets eingehalten werden. Die Arbeit schließt mit einigen Anwendungsbeispielen, darunter Teile der Modellfabrik des Instituts für Regelungstechnik der RWTH Aachen.

The thesis addresses the synthesis problem of discrete event controllers based on a plant model and both safety and goal constraints. For the plant model Petri nets are used, with test, inhibitor and event arcs as additions. During modeling, places are marked as observable or non-observable while transitions are marked as controllable or non-controllable. A central concept is the use of Linear Marking Constraints for the description of marking sets. After basic definitions, properties and algorithms for their modification and simplification, Linear Marking Constraints are used for various purposes during the proposed synthesis procedure: First, the transformation of a given plant model into an Abstract Net is described, during which all processes possible in the original model and initiated by the controller are mapped to Abstract Transitions with equivalent preconditions and results. For the description of these Abstract Transitions' preconditions, as well as for the simplification of the created Abstract Net, Linear Marking Constraints are used. Non-controllable processes in the plant are substituted by Abstract Transitions already during the transformation of the model. Linear Markings Constraints are also the basis of the subsequently proposed approach for a symbolic reachability analysis which is used to derive legal firing sequences in the Abstract Net. Based on these legal firing sequences, a control algorithm is generated which drives the plant from a given initial state to a state fulfilling the goal constraints while enforcing the safety constraints. Finally, some application examples are presented, including parts of the model plant at the Institute of Automatic Control, RWTH Aachen University.

OpenAccess:
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