自动制造系统建模、分析与死锁控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:213

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出版时间:2009-3

价格:48.00元

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isbn号码:9787030242792

丛书系列:

图书标签:

• 11
• 自动制造系统
• 建模
• 分析
• 死锁控制
• 离散事件系统
• Petri网
• 可控性
• 可观测性
• 系统工程
• 制造工程

复杂系统行为的数字化重构与优化策略研究 本书深入探讨了在高度互联和动态变化的复杂系统中，如何构建精确的数学模型来描述系统行为，并通过先进的分析技术揭示系统的潜在特性与瓶颈，最终提出一套系统化的优化与控制框架。全书立足于跨学科的视角，整合了信息科学、控制理论、运筹学以及特定工程领域的前沿成果，旨在为研究人员和工程实践者提供一套严谨、可操作的方法论工具箱。 第一部分：复杂系统建模的理论基石与前沿范式 本部分聚焦于描述复杂系统行为的数学语言和建模范式。我们首先回顾了经典的有穷自动机、Petri网等基础模型在处理大规模、并发系统时的局限性，并引出了面向现代复杂系统的建模需求——即对异构性、不确定性和时间依赖性的精确捕获能力。 1. 异构系统的多粒度建模： 现代工程系统往往由不同物理领域（如机械、电子、软件）的组件构成，各自遵循不同的演化规律。本书详细介绍了混合系统（Hybrid Systems）的建模框架，特别是如何将连续动态（如微分方程描述的物理过程）与离散事件（如逻辑开关、状态转移）有机地结合起来。我们将探讨分层建模策略，即在不同抽象层次上建立模型，以平衡模型的精细度和分析的复杂度。内容涵盖了如何使用面向对象的建模语言（如UML的扩展）来结构化地表达组件间的交互关系和依赖性。 2. 基于事件和过程的并发建模： 针对大规模并行处理和资源共享的场景，我们侧重于流程代数（Process Algebra）和行为规范（Behavioral Specifications）的构建。重点分析了交互序列理论（Interaction Sequence Theory），它关注系统间信息流和控制流的精确同步。书中详细阐述了如何使用形式化方法来描述和验证系统的并发性、可达性和活性属性，特别是针对那些具有高度耦合和复杂同步机制的系统（例如，分布式传感器网络或大规模调度平台）。 3. 考虑不确定性的随机建模： 现实世界中的复杂系统总伴随着噪声、故障和随机扰动。本章深入研究了随机过程（Stochastic Processes）在系统建模中的应用。我们详细分析了马尔可夫随机过程（Markov Processes）、马尔可夫决策过程（MDPs）和隐马尔可夫模型（HMMs）的构建流程和参数估计方法，这些模型是评估系统在长期运行中表现出概率特性的关键。特别关注了如何将随机不确定性融入到模型的结构中，而非仅仅作为外部输入进行仿真。 第二部分：系统行为的深度分析与性能揭示 模型建立之后，核心任务是对其进行分析，以发现潜在的性能瓶颈、资源竞争和行为异常。本部分着重于超越简单的仿真，转向定性和定量的数学分析技术。 1. 基于图论的结构与连通性分析： 复杂系统的模型（如状态图、流程图）本质上是大型图结构。我们探讨了如何运用先进的图论算法来分析系统的可达性空间（Reachability Space）、最小割集（Minimal Cut Sets）和关键路径（Critical Paths）。这对于识别系统中信息传递的瓶颈和系统健壮性至关重要。 2. 性能评估与指标提取： 本章详细介绍了针对不同模型类型的性能分析技术。对于基于时间模型的系统，我们聚焦于生存时间分析（Survival Analysis）和平均到达时间（Mean Time to Arrival）的计算。对于资源受限的系统，我们应用排队论（Queuing Theory）的分析工具，如M/M/c模型和更复杂的网络化排队系统，来预测平均等待时间、系统吞吐量和资源利用率的极限。这些分析是进行容量规划和瓶颈缓解的基础。 3. 模型的简化与降阶： 复杂模型的维度爆炸（State Space Explosion）是进行精确分析的主要障碍。本书提出了系统的模型降阶（Model Order Reduction）技术。内容涵盖了模态分析（Modal Analysis）在提取系统主要动态行为中的应用，以及如何使用抽象化（Abstraction）技术，在保持关键属性不变的前提下，将高维模型映射到低维、更易于处理的表示形式。我们特别关注了如何证明降阶过程的忠实性（Fidelity），确保简化后的模型仍能准确反映原系统的核心行为。 第三部分：面向目标的状态空间控制与优化 在准确理解系统行为的基础上，本部分将重点转向如何设计有效的控制策略，以引导系统达到预期的目标状态或最优性能配置。 1. 资源竞争的冲突解决机制： 在多任务、多资源共享的环境中，系统行为受制于资源分配和同步机制。本书深入分析了资源共享冲突的数学描述，并重点研究了互斥资源分配的调度策略。我们引入了可约化系统（Reducible Systems）的概念，探讨了在不破坏系统核心功能的前提下，如何通过调整调度优先级或资源访问顺序来最小化系统间的等待时间或避免全局性的静止状态。 2. 基于控制论的反馈调节： 针对连续或混合动态系统的控制需求，我们回顾了经典的鲁棒控制（Robust Control）和最优控制（Optimal Control）理论。重点展示了如何将系统模型（例如状态空间模型或传递函数模型）转化为控制器的设计输入。内容包括LQR（Linear Quadratic Regulator）在系统性能指标加权下的应用，以及$mathcal{H}_{infty}$控制在处理模型不确定性时的实际设计步骤。 3. 异常行为的早期检测与适应性修正： 现代系统需要具备自适应能力。本部分探讨了故障诊断与容错（Fault Diagnosis and Tolerance）的建模方法。我们采用残差生成（Residual Generation）技术，结合统计过程控制（SPC）的原理，来实时监测系统输出与模型预测之间的偏差。当偏差超出预设阈值时，系统应能触发预先设计的适应性修正策略，例如切换到冗余模式或启动隔离程序，从而保证系统在局部故障发生时仍能维持基本功能。 4. 优化配置与全局性能调优： 最终目标是在系统生命周期内实现最佳性能。本书介绍了全局优化算法在系统参数空间搜索中的应用，例如遗传算法（GA）和粒子群优化（PSO），用以寻找最优的系统结构参数、控制器增益或生产布局。特别强调了如何在模型分析阶段识别出那些对最终性能影响最大的“敏感参数”，从而将优化资源集中于关键环节。 全书力求理论与实践紧密结合，通过丰富的案例分析，展示如何将这些抽象的分析工具应用于实际的工程问题，例如柔性制造单元的调度、大规模数据流的处理以及复杂基础设施的可靠性评估。

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