[发明专利]一种随机离散事件系统安全可诊断性确定方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及随机离散事件系统安全诊断技术领域，特别涉及一种随机离散事件系统安全可诊断性确定方法及系统。

背景技术

离散事件系统(Discrete Event System，简记为DES)是20世纪80年代提出的一类由离散事件按照一定的运行规则相互作用而导致状态演化的动态系统,它既可以直接用于对离散系统的建模，又可以用于对连续系统离散化后的系统建模。目前，离散事件系统己经被广泛应用到计算机集成制造系统、交通控制、计算机网络、通讯网络、柔性生产线、军事指挥等领域。特别是随机离散事件系统，它是在经典离散事件系统的基础上添加了一个概率结构,更能精确描述实际应用系统中各事件发生的概率大小的随机特性，现已被广泛应用到模式识别、语言识别、天气预测、机器人控制等领域。在国际自动控制联合会第14届世界大会上，时任中国工程院院长宋健院士在大会报告中将离散事件系统与非线性系统、分布式参数系统、鲁棒控制、容错控制以及自适应、自校正、自组织系统等列为“具有远大前程”的研究方向；著名控制论专家、北京大学教授、中国科学院黄琳院士等人则称“离散事件系统是国内外控制理论界广泛重视的研究方向，在高技术人造系统等一系列工程技术问题上具有重要研究意义”(郑大钟,赵千川.离散事件动态系统.北京:清华大学出版社，2001)。

随着现代科技的迅猛发展，工业生产规模日益扩大，自动化设备日趋大型化，系统结构也变得越来越复杂，一旦系统或设备发生故障，不仅影响系统正常运行，甚至还可能造成生命与财产的巨大损失。尤其是在工业控制领域，对系统运行进行实时监控，及时准确地对系统关键设备进行故障检测，以防止严重甚至灾难性事故的发生，对一个工业系统来说极为重要。因此，广泛应用于现代工业的离散事件系统的故障诊断技术研究受到了研究人员的高度重视，现已成为国际自动控制等领域的研究热点之一(J.Zaytoon,S.Lafortune.Overview of Fault Diagnosis Methods for Discrete Event Systems.Annual Reviews in Control,37(2):308-320,2013)。

一个随机离散事件系统可以建模为一个随机自动机G＝(X,Σ,η_G,x₀)，其中X是有限状态集，初始状态为x₀，Σ为有限事件集，这里Σ通常划分为可观察事件集Σ_o和不可观察事件集Σ_uo，即Σ＝Σ₀∪Σ_uo,其中故障事件集Σ_f中的事件均属于不可观事件；η_G：X×Σ×X→[0,1]表示部分状态转移概率函数：对于x,x′∈X和σ∈Σ，η_G(x,σ,x′)表示系统在状态x事件σ发生并转移到状态x′的概率。

在随机离散事件系统G＝(X,Σ,η_G,x₀)的基础上，可以定义一个部分转移函数δ_G:X×Σ→X如下：δ_G(x,σ)＝x′当且仅当η_G(x,σ,x′)＞0，其中x,x′∈X,σ∈Σ。当系统G处于状态x时，将系统之后发生一个事件串的概率递归定义为：如果η_G(x,σ,x′)＞0，那么Pr(σ|x)＝η_G(x,σ)，Pr(sσ|x)＝Pr(s|x)η_G(x′,σ)，其中δ_G(x,s)＝x′,s∈∑^*，∑^*表示事件集∑上所有有限事件串的集合。

如上所述，故障诊断旨在及时识别并确定系统中无法通过传感器直接观察到的故障事件的发生，然而故障诊断期间无法保证系统的安全性，因为故障诊断需要一定的时间，故障诊断存在一定的延时，而在故障诊断的延时期间，系统可能会继续执行某些不安全操作，因此，系统的故障诊断存在安全隐患。而系统的安全故障诊断则被认为是离散事件系统容错监控的第一个必要步骤。随机离散事件系统的安全故障诊断能够保证系统在故障发生之后，不安全操作执行之前将所有故障都诊断出来。

随机离散事件系统G＝(X,∑,η_G,x₀)的安全可诊断性可形式化如下：设随机自动机G的生成语言为L，若满足条件：

且以下条件至少一个成立：

(1)D(sv)＝1，也就是