Hệ điều khiển nhúng - PETRI NET

Mở đầu. Mô hình hóa là phương pháp xây dựng mô hình toán học của hệ thống bằng cách phân tích hệ thống thành các khối chức năng, trong đó mô hình toán học của các khối chức năng đã biết hoặc có thể rút ra được dựa vào các quy luật hóa lý.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ điều khiển nhúng - PETRI NETHệ điều khiển nhúng với PETRI NETI. Mở đầu.Mô hình hóa là phương pháp xây dựng mô hình toán học của hệ thống bằng cáchphân tích hệ thống thành các khối chức năng, trong đó mô hình toán học của cáckhối chức năng đã biết hoặc có thể rút ra được dựa vào các quy luật hóa lý. Môhình hệ thống được xây dựng dựa trên cơ sở liên kết các khối chức năng.Trên cơ sở mô hình hóa có thể kiểm tra, đánh giá kết quả xem hệ thống có phù hợpvới yêu cầu hay không. Nên mô hình hóa hệ thống giúp đánh giá tính thực tiễn củacác công việc định làm, từ đó đưa ra phương án lựa chọn tốt nhất dành cho hệthống. Để mô hình hóa hệ thống có thể sử dụng rất nhiều hướng khác nhau như:hướng cấu trúc, hướng dữ liệu, hướng đối tượng, Petri Net (lưới Petri Net)..v.v.Trong đó, Petri Net là ngôn ngữ mô hình hóa dùng để đặc tả các hệ thống phân tánrời rạc. Petri Net được phát minh vào năm 1962 bởi Carl Adam Petri nhằm mụcđích mô tả các quá trình hóa học. Ngày nay, Petri Net đã được phát triển rất mạnhmẽ, đã được ứng dụng rất rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như: sinhhọc, hóa học, môi trường, kỹ thuật, truyền thông, điều khiển, hệ thống sản xuất,robot [1],[2]..v.v.. Trong nội dung bài báo này chúng tôi sẽ giới thiệu Petri Net cơbản và sử dụng nó để mô hình hóa các hệ điều khiển nhúng cụ thể là hệ thống nhàthông minh.II. Petri NetPetri Net còn được gọi làPlace/Transitions Networks (mạngvị trí/chuyển tiếp) và được hiển thịbằng đồ thị có hướng gồm có 2 loạinode:* Transition (chuyển tiếp) có dạnghình chữ nhật hoặc hình vuông -biểu diễn các sự kiện rời rạc có thểxảy ra. Hình 1. Ví dụ minh họa về Petri Net* Place (vị trí) có dạng hình tròn -biểu diễn trạng thái các điều kiện.Ví dụ minh họa ở Hình 1, Petri Net có 4 place, 2 transition.Các place và transistion được nối với nhau bằng các đường nối (liên kết). Chỉ cóthể nối place với transition, không thể nối giữa hai place hoặc hai transition vớinhau. Khi một đường nối đi từ một place đến một transition, thì place đó được gọilà input place của transition đó. Ngược lại, khi có một đường nối đi từ transition tớimột place thì place đó được gọi là output place của transition đó. Các place có thểchứa một số lượng các token (thẻ) nào đó. Token trong place được biểu diễn bằngdấu chấm.Transition của Petri Net có thể hoạt động được khi tất cả các input place của nó cóít nhất một token. Sau khi transition hoạt động (bắn), mỗi input place sẽ mất mộttoken và mỗi output place thêm một token. Trong Hình 1, bước 1, place P1 ở trạngthái chứa token tuy nhiên transistion T1 không thể hoạt động và không cho phéptoken đi qua. Transition T1 yêu cầu cả place P3 và P1 chứa token thì nó mới hoạtđộng. Bước 2 minh họa những gì sẽ xảy ra khi place P1 và P2 có chứa token do đóT1 có thể hoạt động và cho phép một token chuyển đến place khác, trong trườnghợp này là P2. Bước 3 là kết quả từ bước 2 sau khi T1 hoạt động. Token đã đượcchuyển từ place P1 và P3. Place P1 bị mất token vì từ P1 có đường nối một chiều(input place). Place P3 có đường nối hai chiều (vừa là input place và vừa là outputplace) tới T1 vì vậy P3 đã không bịmất token của mình qua transitionT1.Đường nối hai hướng trong thực tế Hình 2. Biểu diễn đường nối hai hướnglà hai đường nối một chiều theo haichiều ngược nhau như minh họa trên Hình 2.Ở bước 4 Hình 1 là quá trình giống với bước 2 khi cả place P2 và P4 chứa token(đang hoạt động) do đó transition T2 có thể hoạt động và cho phép các token vượtqua tới place P1 .Tại một thời điểm, việc phân bố các token trên các place, được gọi là đánh dấu(marking) của Petri Net. Nó biểu diễn trạng thái hiện tại của hệ thống được môhình hóa. Một marking của Petri Net với m place được biểu diễn bởi vector M (mx1), trong đó các thành phần của vector là không âm, ký hiệu là M(p), biểu diễncho số token ở các place P tương ứng [3]. Trong mô hình Petri Net biểu diễn ởbước 1, Hình 1 thì:M = (1,0, 0, 0)TMột cách hình thức, một Petri Net có thể được định nghĩa như sau:PN = (P, T, I, O, M0)Trong đó:1. P = {p1, p2…pm} là tập hữu hạn các place.2. T = {t1,t2,…tn} là tập hữu hạn của transition..T=, PTP và T là 2 tập tách rời nhau : P N là hàm xác định hướng3. I: (P x T) đường nối từ các input place tới cáctransition, trong đó N là một tập hợp các số nguyên (là 0 hoặc 1). Trong trườnghợp tổng quát nó là các số nguyên không âm.N là hàm xác định hướng đường nối từ các transition tới các output place.4. O:(P x T)N trạng thái (marking) ban đầu.5. M0: PVí dụ, Petri Net trên Hình 1 với trạng thái ban đầu là bước 1 được biểu diễn vớicác thành phần như sau:PN = (P, T, I, O, M0)1. P = {P1,P2,P3,P4}2. T = {T1,T2}3. Input place4. Output place5. M0 = (1,0, 0, 0)TIII. Sử dụng Petri Net để mô hình hóa hệ thống nhà thông minh.Nhà thông minh (tiếng Anh: smart - home hoặc inte ...