故障诊断系统的模糊Petri网建模方法

利用Petri网特征结构的故障诊断方法叶丹丹;罗继亮【摘要】For fault diagnosis in large complex systems,a on-line fault diagnose method is proposed to solve the problem of high computational complexity.First,modeled a Petri net model.Secondly,proposed the strict minimal place-invariant and the set of characteristic place-invariant,so that might describe the structure information of Petri net model.Finally, based on the set of characteristic place-invariants,the failure function for any current marking is proposed.And then,uti-lized this failure function to diagnose and locate the faults.The result shows that this fault diagnosis method with the structure information dose not need traverse all states space of system.Furthermore,this method is with the computa-tional complexity of polynomial,which makes this method meet the real time requirements.%为解决大规模复杂系统故障诊断中计算复杂性高的问题，提出一种基于 Petri网的在线故障诊断方法。

控制系统中的模糊Petri网建模与仿真控制系统的设计与优化一直是工程领域的研究热点之一，而Petri网作为一种形式化、可视化的工具，被广泛应用于系统建模与性能分析。

然而，传统的Petri网模型在处理模糊系统时存在着一定的局限性。

为了解决这一问题，模糊Petri网被引入到控制系统中，以更好地描述和分析模糊性。

一、模糊Petri网的引入模糊Petri网是对传统Petri网进行了扩展，将Petri网中的变迁与库所的输入输出权重赋予了模糊值。

通过引入模糊逻辑，模糊Petri网能够更好地描述系统的不确定性和模糊性。

模糊Petri网的建模过程中，首先需要进行模糊化处理，将具体的定量信息转化为模糊的定性表示。

然后，利用模糊逻辑运算对模糊Petri网进行构建与求解。

二、模糊Petri网的建模步骤模糊Petri网的建模步骤包括系统建模、规则定义、构造模糊Petri网和仿真分析等几个关键步骤。

1. 系统建模：首先需要对待研究系统进行准确描述，并将其分解为库所、变迁和弧。

2. 规则定义：根据系统特性和实际需求，定义系统的运行规则和控制策略，包括输入输出关系、状态转换规则等。

3. 构造模糊Petri网：根据系统建模和规则定义结果，构造出模糊Petri网的初始状态，并确定库所、变迁的初始权重。

4. 仿真分析：通过模拟不同的输入条件和控制策略，对构造的模糊Petri网进行仿真分析，得到系统的性能指标和输出结果。

三、模糊Petri网的优势与应用模糊Petri网在控制系统中具有以下优势和应用价值。

1. 描述模糊性：传统的Petri网模型无法准确描述系统的模糊性和不确定性，而模糊Petri网能够通过模糊化处理，更好地体现系统的模糊特性。

2. 系统优化：基于模糊Petri网的建模和仿真分析，可以对系统进行性能优化，找到最优的输入输出关系和控制策略。

3. 效果评估：通过模糊Petri网的仿真分析，可以评估系统在不同条件下的工作效果，为系统的优化和改进提供依据。

实验一 Petri网建模工具的使用一实验目的和要求1）了解Petri网的特点。

2）通过上机实践，了解PetriLab的使用，并借助该工具，对网上购物系统进行建模。

二实验内容与步骤1、Petri网的描述Petri 网是描述具有分布、并发、异步特征的离散事件动态系统的有效工具。

作为一种图示和数学融合的模型工具，Petri 网有两个显著的特点。

首先，作为一种图示组合模型，具有直观、易懂和易用的优点，它能形象化地描述和分析系统的资源并发、同步(或异步)、并行、冲突分布等行为特征。

其次，Petri 网又有严格而准确的数学描述，可以借助数学工具得到 Petri 网的分析方法和技术，可以对 Petri 网进行静态的结构分析和动态的行为分析，能与随机过程论、信息论结合在一起描述和分析系统的不确定性或随机性。

Petri 网是由节点和有向弧组成的一种有向图。

它有两类节点，一类称为库所(Place)，另一类称为变迁(Transition)，两类元素之间的连接用有向弧表示。

Petri 网中另一重要元素是令牌(token)，代表系统的条件、资源、状态等。

令牌在库所中的分布称为标识，用来。

描述网系统的状态，其中网的初始标识记为M2、一个网上购物的例子用户小王(买方)正和一个网上商店服务器(卖方)通信以购买商品。

为此小王需要发送她的信用卡细节给公共服务器(她已认证并确信和她通信的不是入侵者)。

小王除了想确保她的信用卡细节在传输中不被偷看外(用加密实现)，还希望确保交易细节在到达服务器前不受任何改变。

商店服务器需要使小王以后不能否认已完成的购买，并且需要小王已授权服务器支取她的信用卡帐目。

为此，可用数字签名：既为小王提供数据完整性，又为网上商店服务器提供不可否认功能。

小王可用私钥为消息产生和添加数字签名，当网上商店服务器接收到该消息后，它用小王的公钥检查数字签名，验证它是否与消息内容匹配。

若是，则消息一定是小王发出的，因为只有小王知道其私钥，这样就提供了不可否认。

Petri网：模型、理论与应用Petri网，也称为Petri图，是一种用来描述系统事件并发性、同步性和序列性的有向图。

Petri网模型被广泛应用于计算机科学、系统工程、控制工程和化学工程等领域，成为了目前最流行的并发系统建模工具之一。

Petri网的基本元素Petri网由一组有向弧和节点组成，包括以下几个基本元素：1.库所（Place）：代表系统中的状态或原料库存等。

2.变迁（Transition）：代表系统中的事件或操作，用于改变状态或消耗库存。

3.有向弧（Arc）：连接库所和变迁，表示状态之间的转移或原料的消耗。

4.标志（Marking）：库所内的标志表示库存的数量或状态。

Petri网的基本形式Petri网可以表示为二元组N=(P, T, F)，其中：1. P为库所的集合；2. T为变迁的集合；3. F为弧集合，由以下两种类型的弧组成：a)输入弧（Inhibitor arc）：表示一个库所是变迁的前置条件，但是库所中的标志数量必须为零。

b)常规弧（Regular arc）：表示一个库所是变迁的前置条件，库所中的标志数量可以为任意值。

Petri网的理论Petri网理论主要研究Petri网的语法、分析和应用。

Petri网具有以下特点：1. 易于可视化：Petri网可以用于描述具有并发性、同步性和序列性的系统，比传统的文本模型更直观。

2. 模型简单：Petri网只包含库所、变迁和有向弧三种基本元素，是一种简单、易于理解的模型。

3. 通用性强：Petri网模型可以表示各种类型的系统，例如工作流、协作系统、并发系统和控制系统等。

Petri网的应用Petri网在计算机科学、系统工程、控制工程和化学工程等领域的应用非常广泛。

1. 生产调度：Petri网可以应用于生产调度中，用于描述生产流程中的各个节点及其状态转移。

2. 工作流管理：Petri网可以应用于工作流管理中，用于描述任务分配、任务执行和任务完成的过程。

基于时序的模糊Petri网的电力系统故障诊断通用模型摘要：针对电网规模增大时，各元件的Petri网建模会产生组合爆炸问题，提出基于时序的电力系统元件模糊Petri网通用模型，加入时间约束关系提高Petri网的诊断性能。

把结线分析法和矩阵运算的推理算法运用在故障诊断过程中，解决了组合爆炸问题，并在系统接收错误及不完整的故障信息时，依然可以准确的进行故障诊断，容错性强。

通过实例验证了该方法的正确性和通用性。

关键词：Petri网；故障诊断；结线分析法；时序信息A General Method of Fault Diagnosis for Power SystemBased on Time Sequence Fuzzy Petri NetCHEN Jingqiu，WANG Qian，XIANG Qiangming，WANG Jiangli(School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan Province, China)ABCTRACT: The Petri model of each component will tend to combination exploding problem with the expansion of the scale of modern power systems.This paper has introduced the general Petri net models of different power system components, which using reasoning matrix method of to solve the problem of combinatorial explosion. When the system receive fault or unasceryainedinformation, it can still accurately make sure thefault diagnosis. An example has been verified the correctness and versatility.Key words:Petri net; fault diagnosis; topology analysis of power networks0 引言随着现代社会生产力水平的不断提高，可靠的电能是电力用户的基本要求，加之电网的互联规模越来越大，可能出现的故障也越来越复杂，因此电网故障的识别必须迅速、准确。