基于GSOPN的不确定式CPS建模与分析方法技术

本发明专利技术公开基于GSOPN的不确定式CPS建模与分析方法。本发明专利技术根据实际工业信息物理系统CPS，构建广义随机对象Petri网GSOPN；使用对象网消融算法将广义随机对象Petri网GSOPN的内嵌式对象网结构转化为传统GSPN；针对GSPN不确定性使用正态隶属函数、逆向云算法、正向云算法方法进行处理；将GSPN看成一个嵌入的马尔可夫链EMC，对其进行性能分析。本发明专利技术提出了GSOPN对CPS系统的动态生产过程具有较强的描述能力，使用对象网消融算法使得其能够具备GSPN高效性、精确性，能够在传统GSPN基础上对于更复杂、具有更多不确定性的CPS系统做出更快、更精确的分析。更精确的分析。更精确的分析。

【技术实现步骤摘要】
基于GSOPN的不确定式CPS建模与分析方法


[0001]本专利技术属于CPS建模
，涉及一种基于GSOPN的不确定式CPS建模与分析方法，具体是一种基于广义随机对象Petri网的不确定式工业信息物理系统建模与分析方法。

技术介绍

[0002]信息物理系统(Cyber
‑
Physical System，CPS)是一个根据环境感知，将计算、通信以及控制同时嵌入到多个物理设备上的实时复杂系统，通过代表嵌入式计算机和网络监测的计算进程与代表物理世界的物理进程之间的反馈循环，完成信息世界与物理世界的深度融合与实时交互。近些年来，CPS在学术界已经成为最具有吸引力的领域之一，在工业制造、航空航天、医疗、交通等领域有着十分广泛的应用。在现阶段的日常生活中，CPS已经发挥出了不可替代的作用，通过计算机来处理数据，影响并改变物理世界的交互方式。
[0003]随着近些年来科技的进步，计算机、传感器等设备的可用性和可负担性变得更高，越来越多的工厂由于工业之间的竞争性从原本的“制造”走向现代化的“智造”。在工业制造领域下的信息物理系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于GSOPN的不确定式CPS建模与分析方法，其特征在于包括：步骤(1)、根据实际工业信息物理系统CPS，构建广义随机对象Petri网GSOPN；步骤(2)、使用对象网消融算法将广义随机对象Petri网GSOPN的内嵌式对象网结构转化为传统GSPN；具体是：2
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1为了消除内嵌式对象网结构，首先需要在对象网上删掉所有属于交互关系集ρ的变迁；由于删除上述变迁后，对象网中会存在许多孤立的库所，遍历对象网中的所有库所，若该库所与其他的变迁并不存在有向弧，就把当前库所删除；否则，保留该库所；2
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2将步骤2
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1得到网结构定义为如果某库所且则认为库所是起始库所，其中表示该库所存在输入的变迁；如果且则认为库所为终止库所，表示该库所存在输出的变迁；起始库所集S为包含所有起始库所的集合，记为终止库所集E为包含所有终止库所的集合，记为终止库所集E为包含所有终止库所的集合，记为遍历对象网中所有剩余的库所，将满足起始库所或者终止库所定义的库所加入到相应的集合S或E中；2
‑
3若满足条件：且其中表示对于S中的任意一个元素，σ(s)表示对应关系集σ中与s对应的关系，则直接使用对应关系集将s添加到系统网中，否则设为起始库所s在初始对象网中输入集的一个元素，根据交互关系集ρ，找出系统网中与输入集中变迁交互的变迁t
s
，创建变迁t
s
指向库所s的有向弧，连同库所s一起添加到系统网SN中；2
‑
4若满足条件：且其中表示对于E中的任意一个元素，σ(e)表示对应关系集σ中与e对应的关系，则直接使用对应关系集将e添加到系统网中，否则设为终止库所e在初始对象网中输出集的一个元素，根据交互关系集ρ，找出系统网中与输入集中变迁交互的变迁t
e
，创建库所e指向变迁t
e
的有向弧，连同库所e一起添加到系统网SN中；步骤(3)、为提高GSPN网系统的实际可用性，针对GSPN中的不确定性使用正态隶属函数、逆向云算法、正向云算法方法进行处理，确定GSPN中各个时间变迁具体的发生速率；步骤(4)、将GSPN看成一个嵌入的马尔可夫链EMC，对其进行性能分析。2.如权利要求1所述的基于GSOPN的不确定式CPS建模与分析方法，其特征在于步骤(1)所述广义随机对象Petri网GSOPN由一个四元组S＝(SN，ON，ρ，σ)构成，是一个内嵌式对象网结构，使用系统网SN和对象网ON构成整个GSOPN网系统的双层分离模型，通过系统网和对象网中变迁的同步交互关系ρ和库所的一种对应关系σ，将这两者联合起来。3.如权利要求2所述的基于GSOPN的不确定式CPS建模与分析方法，其特征在于所述对象网ON是对实际工业信息物理系统CPS中的工件加工流程的抽象建模，用于反映工件的加工状态、工件与工件之间的加工状态和造成工件加工状态改变的因素之间的关系；对象网记为以当前加工流程中工件加工前后的状态作为ON的库所集合以当前加工流程中导致库所改变的因素作为ON的变迁集合所述导致库所改变的因素诸如开始加工、结束加工、状态判断等瞬时动作和诸如打孔、折弯等耗时动作，瞬时动作在ON中体现为瞬时变迁集而耗时动作体现为时间变迁集根据库所和变迁间的状态转变构建ON的有向弧集合和其中为库所到变迁的有向弧集合，为变迁到库所的有
向弧集合。4.如权利要求3所述的基于GSOPN的不确定式CPS建模与分析方法，其特征在于所述系统网SN是对实际工业CPS中的总体工作流程的抽象建模，用于反映工件加工的资源状态、工件加工状态和造成工件加工状态改变的因素之间的关系；其中SN中的工件加工状态和造成工件加工状态改变的因素是对象网中的简易版本，因为ON应该向SN提供其所需的工件，而具体的加工细节是对SN屏蔽的；系统网记为SN＝(P，T，I，0)，以当前加工流程中工件加工前后的状态、工件加工所需资源的状态作为SN的库所集合P；以当前加工流程中导致库所改变的因素作为SN的变迁集合T，所述导致库所改变的因素诸如开始加工、结束加工、状态判断等瞬时动作和诸如打孔、折弯等耗时动作，瞬时动作在SN中体现为瞬时变迁集p
i
，而耗时动作体现为时间变迁集T
t
；根据库所和变迁间的状态转变构建SN的有向弧集合I和O，其中为库所到变迁的有向弧集合，为变迁到库所的有向弧集合。5.如权利要求4所述的基于GSOPN的不确定式CPS建模与分析方法，其特征在于所述对应关系集σ表示系统网和对象网之间库所的一种对应关系，具体是实现中某一状态在对象网和系统网中的不同库所的对应关系；因此对应关系集的建立步骤如下：任意取对象网的所有库所P
o
和系统网的所有库所P
s
；若P
o
和P
s
有着相同的现实含义，则将这两者添加到对应关系集中；若P
o
和P
s
没有相同的现实含义，则不添加到对应关系集；重复上述步骤，直到遍历完对象网和系统网。6.如权利要求5所述的基于GSOPN的不确定式CPS建模与分析方法，其特征在于所述交互关系集ρ表示系统网和对象网之间库所的一种对应关系；交互关系集的建立如下：根据对应关系集σ中的所有库所P
o
和P
s
，分别在对象网和...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海洋，王利红，司先晨，李忠金，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：