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[LIU14] Supervisor Synthesis for Automated Manufacturing Systems Based on Structural Theory of Petri Nets

Mémoire de Thèse : Soutenue le: 27 November 2014, pp. 182, pp.: Directeur:Kamel Barkaoui
Codirecteur: Zhiwu LI
Rapporteur 1:Feng Chu
Rapporteur 2:Hans Michael Hanisch
Membre du jury:Béatrice Bérard
Membre du jury:Jean Louis Boimond
Membre du jury:Tarek Raïssi, : Supervisor Synthesis for Automated Manufacturing Systems Based on Structural Theory of Petri Nets,

Auteurs: G. Liu

Mots clés: Systèmes de production automatisés, réseaux de Petri, blocage, siphon, synthèse de Systèmes de production automatisés, réseaux de Petri, blocage, siphon, synthèse de Automated Manufacturing Systems, Supervisor Synthesis , Structural Theory of Petri Nets

Résumé: Le contrôle de systèmes industriels à cause de l’automatisation et la réduction de nombre des opérateurs devient un enjeu crucial. Les systèmes de production automatisés (AMS) sont d’autant plus touchés car une défaillance du programme de contrôle peut réduire considérablement la productivié voire entraîner l’arrêt du système de production. Pour certains de ces systèmes où le partage des ressources est pondérant, la notion de blocage partiel ou global est fréquente et la validation avant implantation est préférable pour réduire les risques. En raison de la capacité des réseaux de Petri à décrire aisément l’exécution concurrente des processus et le partage des ressources, de nombreuses méthodes de vérification d’absence de blocage et de synthèse de contrôleurs basées sur la théorie structurelle ou le graphe d’accessibilité des réseaux de Petri ont été proposées au cours des deux dernières décennies. Traditionnellement, une méthode de prévention de blocage est évaluée selon trois critères de performance : la complexité structurelle, la permissivité comportementale, et la complexité de calcul. Les méthodes fondées sur l’espace d’état aboutissent généralement à un contrôle maximal permissif mais souffrent de l’explosion combinatoire de l’espace d’états. En revanche, les méthodes de synthèse de contrôleurs fondées sur l’analyse structurelle évitent le problème de l’explosion de l’espace d’état mais aboutissent à des superviseurs pouvant restreindre considérablement les comportements admissibles du système. De plus si la théorie structurelle de contrôle de siphons pour la synthèse des superviseurs est mature dans le cas des réseaux de Petri ordinaires, elle est en développement pour les réseaux de Petri généralises. Par ailleurs, la plupart des travaux existants partent du principe que les ressources sont constamment disponibles. Or l’indisponibilité de ressources est en réalité un phénomène ordinaire. Il serait donc judicieux de développer une politique de vérification de blocage qui soit efficace tout en considérant des ressources non fiables. Cette thèse vise principalement à faire face aux limitations mentionnées ci-dessus. Nos principales contributions à la fois théoriques et algorithmiques sont les suivantes. Premièrement, après avoir revisité les conditions de contrôlabilité des siphons (cs-propriété) et précisé les limitations des max, max' et max""-cs- propriétés, nous définissons la max∗ -cs-propriété et nous démontrons que cette nouvelle propriété est une condition non seulement suffisante mais aussi nécessaire pour la vivacité de la classe des GS3PR (Generalized Systems of Simple Sequential Processes with Resources). Par la suite nous montrons comment le problème de la vérification de cette propriété et donc la vivacité des GS3PR peut se ramener à la résolution d’un programme linéaire en nombre entiers. Dans une seconde partie, nous proposons une classe de réseaux de Petri appelée M-Nets dotée d’une forte capacité de modélisation des systèmes de production automatisés. En combinant la théorie du contrôle siphon avec la théorie des régions, nous développons une méthode de prévention de blocage ayant un bon compromis entre l’optimalité du comportement et la complexité de calcul. De plus, nous proposons une méthode de synthèse d’un contrôleur maximal permissif pour une sous-classe de réseaux notée β-nets basée sur des distributions de jetons dans les siphons et évitant la génération du graphe d’accessibilité ainsi que l’énumération des siphons minimaux. Enfin, nous proposons dans cette thèse une méthode de conception d’un superviseur de systèmes de production automatisés où les ressources ne sont pas toutes fiables et particulièrement efficace pour les systèmes pouvant être modélisés par les réseaux S3PR (Systems of Simple Sequential Processes with Resources).

Equipe: vespa

BibTeX

@phdthesis {
LIU14,
title="{Supervisor Synthesis for Automated Manufacturing Systems Based on Structural Theory of Petri Nets}",
author="G. Liu",
year=2014,
pages="182",
address="{CEDRIC Laboratory, Paris, France}",
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Directeur:Kamel Barkaoui
Codirecteur: Zhiwu LI
Rapporteur 1:Feng Chu
Rapporteur 2:Hans Michael Hanisch
Membre du jury:Béatrice Bérard
Membre du jury:Jean Louis Boimond
Membre du jury:Tarek Raïssi}",
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