Supervisory Control of Discrete Event Systems Using Petri Nets pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Moody, John O./ Antsaklis, Panos J.

出品人:

页数:204

译者:

出版时间:1998-7

价格:$ 270.07

装帧:HRD

isbn号码:9780792381990

丛书系列:

图书标签:

• Petri Nets
• Supervisory Control
• Discrete Event Systems
• Control Theory
• Automation
• Modeling
• Formal Methods
• Systems Engineering
• Computer Science
• Robotics

智能系统行为建模与分析：基于混合系统的视角 图书简介 本书深入探讨了复杂智能系统的行为建模、分析与控制问题，尤其侧重于那些结合了连续动态、逻辑决策与离散事件交互的系统——即混合系统（Hybrid Systems）。随着自动化、机器人、交通控制和生物工程等领域的飞速发展，对能够精确描述和有效管理这些复杂动态行为的需求日益迫切。本书旨在为研究人员、工程师和高级学生提供一个全面、严谨的理论框架和实用的分析工具集，以应对当今工程领域面临的挑战。 全书结构围绕混合系统的核心理论展开，从基础概念出发，逐步深入到先进的分析技术和控制策略。全书内容力求覆盖理论的深度与应用的广度，避免了对特定工具或单一建模范式的过度依赖，而是着眼于理解混合系统的本质特性。 第一部分：混合系统基础理论与建模 本书开篇首先确立了对“系统”这一概念的现代理解，超越了传统的纯粹连续或纯粹离散的范畴。 第1章：复杂系统行为的范式转变 本章探讨了为什么传统的分析方法（如经典控制理论或纯粹的有限状态机理论）在处理现代工程挑战时显得力不从心。系统行为常常表现出微妙的耦合：物理过程的连续变化（如温度、速度）影响决策逻辑，而逻辑决策（如开关、模式切换）又会瞬间改变系统的连续动力学。本章引入了混合系统的基本哲学，即系统状态由连续变量集和离散状态集共同构成。 第2章：混合自动机（Hybrid Automata）的数学构建 混合系统的核心建模语言——混合自动机（Hybrid Automata, HA）——被详细阐述。我们构建了HA的形式化定义，包括状态空间、流函数（Flows）、不变式（Invariants）以及跳转条件（Jumps）。重点分析了流函数的选择对系统行为长期演化的影响，以及不变式如何限制了连续动态的有效范围。本章还对比了HA与其他建模工具（如状态图、BPMN图等）在精确度和表现力上的差异，强调了HA在捕捉“时间依赖性”方面的优势。 第3章：从物理到抽象：建模的挑战与策略 建模并非一个纯粹的数学过程，它涉及到对现实世界现象的抽象和简化。本章讨论了如何将实际工程系统（如机电一体化装置、化学反应过程）映射到HA模型中。关键议题包括：如何恰当地选择连续变量（如位置、能量）和离散模式（如工作模式、故障模式）；如何处理参数的不确定性；以及如何进行模型简化而不丢失关键的系统行为特征。讨论了层级建模的概念，允许在不同抽象层次上分析系统。 第二部分：混合系统的行为分析 一旦系统被形式化描述，分析其潜在行为就成为控制设计的先决条件。本部分聚焦于验证系统是否满足关键的安全性和活性属性。 第4章：轨迹与不变量的性质 本章深入研究了混合系统轨迹（Trajectories）的数学性质。轨迹是连续时间内的演化路径。我们分析了轨迹的连续性、可导性和最大存在时间。核心关注点在于“不变量”的保持性。如果一个系统必须始终保持在安全区域内，那么分析的重点就转移到验证任一条可能的轨迹是否会“撞击”到边界或违反预先设定的不变式。本章引入了区域（Regions）和可达性分析的基础概念。 第5章：可达性分析与安全验证 可达性分析是混合系统验证的基石。本章详细介绍了如何计算混合系统在给定初始条件下的所有可能到达的状态空间。由于混合系统的状态空间通常是无限的（连续变量的存在），精确计算可达集是极其困难的。因此，本章侧重于“近似可达集”的计算方法，如基于区域的迭代逼近算法。特别地，我们探讨了如何利用符号化技术来处理离散跳转对连续空间的影响，以验证关键的安全属性，例如“永不进入危险区域”。 第6章：活性与死锁分析 除了安全（Safety）属性，系统的活性（Liveness）属性，即系统最终能够完成某些操作的能力，同样重要。本章专门讨论了死锁（Deadlock）和活锁（Livelock）的分析。我们探讨了如何利用图论工具和半不变性概念来识别可能导致系统永久停止的离散状态组合。对于具有循环特性的系统，本章分析了“循环可达性”的判定条件。 第三部分：混合系统的控制设计 建立精确的模型和验证其安全性之后，设计一个能够引导系统达到期望行为的控制器成为核心任务。 第7章：基于模式切换的控制架构 混合系统控制常常表现为一种“模式切换”的策略，控制器根据系统状态（连续部分和离散部分）来选择最优的局部控制律。本章讨论了如何设计切换函数的逻辑，确保在模式切换点上系统行为的平滑性或在允许的范围内保持稳定性。我们分析了切换过程中的能量守恒和状态匹配问题。 第8章：连续动力学控制与离散决策的集成 本章探讨了如何将经典的连续控制方法（如PID、LQR）与离散决策过程有效地集成。关键在于“局部稳定性分析”。在每个离散模式下，控制器必须保证系统局部稳定。然后，通过分析模式之间的切换，确保全局的稳定性或期望的性能指标（如收敛速率）。本章引入了“区域反馈控制”（Region-based Feedback Control）的概念，其中控制输入是状态依赖的，并且会影响到下一时刻的离散模式选择。 第9章：事件驱动的控制与反馈设计 在许多实际应用中，控制器的激活不是基于固定时间间隔，而是基于特定事件的发生。本章专注于事件驱动的控制设计。事件可能来源于传感器信号、预设阈值的突破，或是其他子系统的完成。我们研究了如何设计鲁棒的事件触发机制，以避免由于测量噪声或系统延迟导致的不良反馈循环。本章还讨论了反馈线性化技术在处理高维混合系统控制中的局限与潜力。 第10章：面向复杂任务的控制策略 对于需要执行一系列复杂、有序任务的系统，本书最后讨论了如何将混合系统控制与高级规划相结合。这涉及任务分解、子目标设定以及如何利用模型的结构来指导搜索最优控制序列。本章展望了如何利用启发式搜索和强化学习的初步思想来辅助混合系统的控制策略生成，强调了模型在指导学习过程中的关键作用。 总结 本书提供了一个统一的视角，将系统的连续物理动态与离散逻辑决策统一在混合系统的框架下进行严谨的数学处理。它强调从建模到分析再到控制设计的完整闭环流程，为处理具有时间、事件和状态耦合的复杂系统提供了必要的理论工具和实践指导。本书的读者将能够掌握分析现代工业和复杂基础设施中关键智能行为的能力。

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