Algorithmische Synthese ereignisdiskreter Steuerungen mit erweiterten Petrinetz-Modellen

• Algorithmic Controller Synthesis for Discrete Event Systems with Extended Petri Net Models

Bollue, Kai Dominik; Abel, Dirk (Thesis advisor); Thomas, Wolfgang (Thesis advisor)

Aachen (2018)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2018

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.