Hệ điều khiển nhúng với PETRI NET

I. 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. Mô hình 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 hợp với yêu cầu hay không. Nên mô hình...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ điều khiển nhúng với PETRI NET Hệ điều khiển nhúng với PETRI NETI. Mở đầu.Mô hình hóa là phương pháp xây dựng mô hình toán học của hệ thống bằng cách phântích hệ thống thành các khối chức năng, trong đó mô hình toán học của các khối chứcnăng đã biết hoặc có thể rút ra được dựa vào các quy luật hóa lý. Mô hình hệ thống đượcxây 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 hợp vớiyêu cầu hay không. Nên mô hình hóa hệ thống giúp đánh giá tính thực tiễn của các côngviệc định làm, từ đó đưa ra phương án lựa chọn tốt nhất dành cho hệ thống. Để mô hìnhhóa hệ thống có thể sử dụng rất nhiều hướng khác nhau như: hướng cấu trúc, hướng dữliệu, hướng đối tượng, Petri Net (lưới Petri Net)..v.v. Trong đó, Petri Net là ngôn ngữ môhình hóa dùng để đặc tả các hệ thống phân tán rời rạc. Petri Net được phát minh vào năm1962 bởi Carl Adam Petri nhằm mục đích mô tả các quá trình hóa học. Ngày nay, PetriNet đã được phát triển rất mạnh mẽ, đã được ứng dụng rất rộng rãi trong rất nhiều lĩnhvực khác nhau như: sinh học, hóa học, môi trường, kỹ thuật, truyền thông, điều khiển, hệthống sản xuất, robot [1],[2]..v.v.. Trong nội dung bài báo này chúng tôi sẽ giới thiệuPetri Net cơ bản và sử dụng nó để mô hình hóa các hệ điều khiển nhúng cụ thể là hệthống nhà thông minh.II. Petri NetPetri Net còn được gọi làPlace/Transitions Networks (mạng vịtrí/chuyển tiếp) và được hiển thị bằngđồ thị có hướng gồm có 2 loại node:* Transition (chuyển tiếp) có dạnghình chữ nhật hoặc hình vuông - biểudiễn các sự kiện rời rạc có thể xảy ra.* Place (vị trí) có dạng hình tròn -biểu diễn trạng thái các điều kiện.Ví dụ minh họa ở Hình 1, Petri Net có4 place, 2 transition. Hình 1. Ví dụ minh họa về Petri NetCác place và transistion được nối vớinhau bằng các đường nối (liên kết). Chỉ có thể nối place với transition, không thể nốigiữa hai place hoặc hai transition với nhau. Khi một đường nối đi từ một place đến mộttransition, thì place đó được gọi là input place của transition đó. Ngược lại, khi có mộtđường nối đi từ transition tới một place thì place đó được gọi là output place củatransition đó. Các place có thể chứa một số lượng các token (thẻ) nào đó. Token trongplace được biểu diễn bằng dấu chấm.Transition của Petri Net có thể hoạt động được khi tất cả các input place của nó có ít nhấtmột token. Sau khi transition hoạt động (bắn), mỗi input place sẽ mất một token và mỗioutput place thêm một token. Trong Hình 1, bước 1, place P1 ở trạng thái chứa token tuynhiên transistion T1 không thể hoạt động và không cho phép token đi qua. Transition T1yêu cầu cả place P3 và P1 chứa token thì nó mới hoạt động. Bước 2 minh họa những gì sẽxảy ra khi place P1 và P2 có chứa token do đó T1 có thể hoạt động và cho phép mộttoken chuyển đến place khác, trong trường hợp này là P2. Bước 3 là kết quả từ bước 2sau khi T1 hoạt động. Token đã được chuyển từ place P1 và P3. Place P1 bị mất token vìtừ P1 có đường nối một chiều (input place). Place P3 có đường nối hai chiều (vừa là inputplace và vừa là output place) tới T1 vì vậy P3 đã không bị mất token của mình quatransition T1.Đường nối hai hướng trong thực tế làhai đường nối một chiều theo haichiều ngược nhau như minh họa trênHình 2. Hình 2. Biểu diễn đường nối hai hướngỞ bước 4 Hình 1 là quá trình giốngvới bước 2 khi cả place P2 và P4 chứa token (đang hoạt động) do đó transition T2 có thểhoạt động và cho phép các token vượt qua 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 mô hình hóa. Mộtmarking của Petri Net với m place được biểu diễn bởi vector M (m x1), trong đó cácthành phần của vector là không âm, ký hiệu là M(p), biểu diễn cho số token ở các place Ptương ứng [3]. Trong mô hình Petri Net biểu diễn ở bước 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.P và T là 2 tập tách rời nhau : PT, PT=.3. I: (P x T)  N là hàm xác định hướng đường nối từ các input place tới các transition,trong đó N là một tập hợp các số nguyên (là 0 hoặc 1). Trong trường hợp tổng quát nó làcác số nguyên không âm.4. O: (P x T)  N là hàm xác định hướng đường nối từ các transition tới các outputplace.5. M0: P  N trạng thái (marking) ban đầu.Ví dụ, Petri Net trên Hình 1 với trạng thái ban đầu là bước 1 được biểu diễn với các thànhphần 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 mi ...