3、利用有限自动机实现自动化制造系统的死锁避免

利用有限自动机实现自动化制造系统的死锁避免

1 引言

在制造系统中，当一组两个或以上的零件需要由同一组中其他零件持有的资源时，就会发生死锁。这种情况会导致“循环等待”，即零件在获得所需资源之前无法释放其持有的资源，而这些所需资源又被同一组中的其他零件持有。死锁避免的目标就是确保这种情况不会发生。

在制造场景中，零件与其所需资源之间的关系体现在零件的“路由计划”中。路由计划描述了完全制造一个零件所需的资源序列，它可以用有向图表示，其中节点是资源，弧表示优先级和资源获取顺序。当多个零件同时处于制造系统中时，它们的路由图的并集可能包含回路，这是潜在死锁的指示器。在死锁避免中，制造计划执行期间不允许出现这些回路。

自动化制造系统必须避免死锁，因为死锁会导致零件处理停止。此时需要人工干预来清除死锁并重置系统，这不仅需要在系统正常运行中设计人工干预环节，还可能在重置控制器状态时引入错误。因此，更理想的做法是设计系统控制器，使其能够完全避免死锁。然而，系统控制器必须实时响应变化的条件，所以自动化制造系统中的死锁避免是一个实时问题，为此实现的算法必须快速执行。

死锁避免算法的宽容性也是一个重要考虑因素。不拒绝任何无死锁路径的算法被称为最大宽容算法，与非最大宽容算法相比，它能更好地利用系统资源。但最大宽容算法会增加状态空间大小和计算时间，可能不适用于大型系统的实时控制。

2 有限自动机与控制

本部分介绍基于有限自动机和Ramadge与Wonham（R&W）开发的离散事件系统控制理论的基本建模方法。

• 基本概念