基于petri网的混合系统建模与仿真方法研究

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1、工程硕士学位论文基于Petri网的混合系统建模与仿真方法研究RESEARCHONMODELINGANDSIMULATIONMETHODOFHYBRIDSYSTEMBASEDONPETRINETS何逵田哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP391.9学校代码：10213国际图书分类号：681.3密级：公开工程硕士学位论文基于Petri网的混合系统建模与仿真方法研究硕士研究生：何逵田导师：刘飞副教授申请学位：工程硕士学科：控制科学与工程所在单位：控制与仿真中心答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业

2、大学ClassifiedIndex:TP391.9U.D.C:681.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMODELINGANDSIMULATIONMETHODOFHYBRIDSYSTEMBASEDONPETRINETSCandidate：HeKuitianSupervisor：AssociateProf.LiuFeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlS

3、cienceandEngineeringAffiliation：ControlandSimulationCenterDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要混合动态系统（HybridDynamicSystem，HDS），是一类既存在离散动态特性也存在连续动态特性，且这两者之间相互作用相互影响的系统。对混合系统的研究已经不局限于某一学科领域内，控制科学、计算机科学、数

4、学甚至是系统生物学界的研究人员从各自不同的学科背景出发，都遇到了混合系统及其带来的特殊挑战。建立混合系统的数学模型，并在此基础上对混合系统进行仿真研究，在混合动态系统的研究中始终占据着重要的位置。Petri网以其简洁紧凑的图形化表示方法、强大的表达能力、坚实的数学基础等优点，被应用到众多不同的领域中。混合Petri网作为标准Petri网的一种拓展，继承了Petri网的众多优点，已日益成为一种重要的混合系统研究方法。本文首先指出了混合系统的结构特点，给出了混合系统的定义。总结了不同的混合系统建模方法，比较了不同的建

5、模方法的优缺点，以及互相转化的条件。通过实例指出了混合系统带来的特殊现象，以及对混合系统进行仿真需要着重解决的问题。其次，采用混合Petri网的建模与仿真方法来研究一类混合系统。以标准Petri网为基础，详细介绍了混合Petri网的定义、使能和激发条件。指出混合Petri网建模与仿真中存在的特殊的冲突问题，给出了冲突的解决方案。在此基础上，结合混合Petri网的基本演化规则，设计了混合Petri网的仿真算法。基于混合Petri网的仿真算法，结合MATLABGUI设计了混合Petri网仿真工具。该仿真工具采用模块化

6、的设计思想，支持不同的弧类型以及赋予变迁更加丰富的特性，扩展了混合Petri网的表达能力，具有一定的实用性。最后，讨论混合Petri网在一类典型的混合系统——空中交通管制ATC(AirTrafficControl)系统中的应用。建立了ATC系统中主要关键实体之间的层次混合Petri网模型，对ATC系统中的核心对象航空器的起飞降落的运行轨迹进行了仿真分析。为航空器防碰撞，冲突解脱的研究打下基础。本文研究了混合Petri网在混合系统建模与仿真中的应用，提出了混合Petri网的仿真算法，设计了模块化的易于拓展的混合Pe

7、tri网仿真工具。将混合Petri网的建模与仿真方法应用到ATC系统中，拓展了混合Petri网的应用领域。关键词：混合系统；混合Petri网；仿真算法；空中交通管制系统I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractHybriddynamicsystemisakindofsystemwhichhasthecharacteristicsofdiscreteandcontinuousdynamicbehaviorthatinteractswitheachother.Researchonthehybridsystemisn

8、olongerrestrictedtoaparticularsubjectarea.Researchersfromcontrolscience,computerscience,mathematicsandeventhesystembiologycommunitywithdifferentbackgroundhavemetthesamespecialchallengesbr