| Luigi Piroddi |
Una metodologia diffusa per il progetto di sistemi logici di controllo per sistemi manifatturieri va sotto il nome di Controllo Supervisivo, per il quale sono documentate in letteratura diverse qualità, ma che non fornisce tuttavia regole né formali né pratiche per la costruzione dei modelli necessari. Inoltre, il supervisore risultante dall'applicazione della metodologia può risultare di dimensioni eccessive in applicazioni pratiche con processi reali. Sono quindi indispensabili strategie che consentano di suddividere il problema di progetto del sistema di controllo in più sotto-problemi e adottino i formalismi più appropriati per trattare ciascuno di essi. In questo lavoro si propone una metodologia di progetto basata su una struttura gerarchica, in cui un supervisore, realizzato con Reti di Petri, regola il flusso del processo, mentre il compito di comandare i vari dispositivi dell'impianto è demandato ad una sezione di controllo realizzata in Grafcet/SFC. Risultato della metodologia proposta è un modello di supervisore particolarmente compatto, che può essere ricavato applicando specifiche regole formali e combina i vantaggi di diversi formalismi. Inoltre, la sezione di controllo può essere separata efficientemente in moduli isolati che scambiano informazione direttamente con il supervisore e il processo e che possono essere facilmente reimpiegati. Il sistema di controllo va integrato con un'interfaccia che assicuri una corretta comunicazione tra il supervisore (che gestisce eventi) e i moduli di controllo (che usano segnali). Anche il progetto di quest'ultima risulta particolarmente semplice. Si discute infine la realizzazione automatica del sistema di controllo complessivo in Ladder Diagrams (normativa IEC1131).
Pubblicazioni:
L. Ferrarini, L. Piroddi, "Petri Net Modeling of Concurrently Used Shared Resources in Manufacturing Systems", 2006. (submitted for journal publication)
L. Ferrarini, L. Piroddi, "Modeling and control of fluid transportation operations in production plants with Petri nets", IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 16, n. 5, pp. 1090-1098, 2008.
A. Castelnuovo, L. Ferrarini, L. Piroddi, "An Incremental Petri Net-Based Approach to the Modeling of Production Sequences in Manufacturing Systems", IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, Vol. 4, n. 3, pp. 424-434, July 2007.
A. Castelnuovo, L. Ferrarini, L. Piroddi, "An Incremental Petri Net Approach to Production Sequence Modeling", IEEE Conference on Automation Science and Engineering, pp. 333-338, Edmonton (Canada), August 1-2, 2005.
L. Ferrarini, L. Piroddi, "Automatic Synthesis of Multiple Place Resource Models with Petri Nets", American Control Conference, pp. 5096-5101, Boston, Massachusetts (USA), July 2004.
L. Ferrarini, L. Piroddi, "Modular design and implementation of a supervisory control system for a batch process", Computers and Chemical Engineering, Vol. 27, n. 7, pp. 983-996, 2003.
L. Ferrarini, L. Piroddi, "Modeling and control of transporting systems in batch processes with multiple aggregated resources", ISIC 2001, IEEE Int. Symposium on Intelligent Control, pp. 258-263, Mexico City, Mexico, 5-7 September, 2001.
L. Ferrarini, L. Piroddi, "Design and implementation of a modular supervisory control system of a batch process", ECC 2001, European Control Conference, pp. 1583-1588, Porto, Portugal, 4-7 September, 2001.
Una condizione di deadlock in un sistema manifatturiero flessibile si verifica quando un insieme di parti, già processate, non può essere scaricato da un insieme di macchine o buffer. Per evitare l'insorgere di problemi di questo genere, è necessario adottare politiche di controllo che limitino opportunamente l'allocazione delle risorse, al costo di un inevitabile peggioramento delle prestazioni del sistema. In questa ricerca sono state valutate e confrontate le prestazioni di diverse strategie di controllo Deadlock Avoidance per sistemi FMS, scelte tra quelle più diffuse in letteratura. Sono state prese in esame anche strategie di controllo Deadlock Avoidance "imperfette", cioè non tali da eliminare tutti i possibili deadlock del sistema. Inoltre, sono stati proposti degli indici atti a quantificare le proprietà strutturali degli FMS, con riferimento all'insorgere di possibili deadlock, e le loro prestazioni. Sono stati analizzati due casi significativi, con l'ausilio di un package commerciale di simulazione. Infine, è stato proposto un algoritmo adattativo, in grado di apprendere ad evitare i deadlock nel corso dell'evoluzione del sistema.
Pubblicazioni:
L. Ferrarini, L. Piroddi, "The Effect of Modeling and Control Techniques on the Management of Deadlocks in FMS", in Deadlock Resolution in Computer-Integrated Systems, eds. Mengchu Zhou and M.P. Fanti, CRC Press, 2004.
L. Ferrarini, L. Piroddi and S. Allegri, "A comparative performance analysis of FMS with deadlocks", Journal of Intelligent Manufacturing, Vol. 10, No. 6, pp. 569-585, 1999.
Nell'analisi di reti di Petri, le strutture dette "sifoni" ricoprono un ruolo importante essendo collegate al concetto di deadlock e alla proprietà di vivezza. In questa ricerca si sviluppano algoritmi di estrazione di sifoni in reti di Petri ordinarie. In particolare, si introduce una procedura ricorsiva che suddivide il problema di ricerca dei sifoni minimi in opportuni sotto-problemi di soluzione più semplice, sfruttando il concetto intermedio di sifone minimo rispetto ad un dato sotto-insieme di posti della rete. I sotto-problemi vengono ricavati per partizione e contengono vincoli aggiuntivi rispetto al problema di partenza, in modo da restringere l'insieme di soluzioni. Si forniscono anche risultati relativi alla correttezza, convergenza e complessità computazionale dell' algoritmo.
Pubblicazioni:
R. Cordone, L. Ferrarini, L. Piroddi, "Enumeration Algorithms for Minimal Siphons in Petri Nets Based on Place Constraints", IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part A, Vol. 35, n. 6, pp. 844-854, 2005.
A. Benigno, R. Cordone, L. Ferrarini, L. Piroddi, "A Recursive Method for Minimal Siphon Enumeration in Petri Nets", 16th IFAC World Congress, Prague (Czech Republic), July 4-8, 2005.
R. Cordone, L. Ferrarini, L. Piroddi, "Some results on the computation of minimal siphons in Petri nets", 42nd IEEE Conference on Decision and Control, pp. 3754-3759, Maui, Hawaii (USA), December 2003.
R. Cordone, L. Ferrarini, L. Piroddi, "Characterization of Minimal and Basis Siphons with Predicate Logic and Linear Programming", IEEE Conference on Computer Aided Control System Design, CACSD 2002, Glasgow (Scotland), 18-20 September, 2002.
In modelli a reti di Petri di sistemi manifatturieri flessibili, politiche di Deadlock Avoidance basate sul controllo di sifoni possono richiedere uno sforzo computazionale elevato e dare origine a sottoreti di controllo di dimensioni eccessive. In questa ricerca si studiano sia algoritmi di controllo massimamente permissivi che algoritmi sub-ottimi, che consentano una riduzione della complessità di calcolo e della dimensione del controllore. Nella prima categoria ricadono metodi di analisi dei sifoni per individuarne le relazioni reciproche che danno luogo a ridondanze nei vincoli. Nella seconda, metodi basati per esempio sul controllo separato di due sotto-insiemi di risorse, opportunamente disaccoppiati da un meccanismo di anticipazione dell'allocazione di uno dei due sotto-insiemi di risorse.
Pubblicazioni:
F. Basile, L. Piroddi, R. Cordone, "A branch and bound approach for the design of decentralized supervisors in Petri net models", Automatica, Vol. 52, pp. 322333, Feb. 2015.
F. Basile, L. Piroddi, R. Cordone, "Decentralized monitors design for Petri net models", 12th IFAC - IEEE International Workshop on Discrete Event Systems, Vol. 12, pp. 73-79, École Normale Supérieure de Cachan (France), May 14-16, 2014.
F. Basile, R. Cordone, L. Piroddi, "Compact and decentralized supervisors for general constraint enforcement in Petri net models", 52nd IEEE Conference on Decision and Control, pp. 7279-7284, Firenze (Italy), 10-13 December 2013.
F. Basile, R. Cordone, L. Piroddi, "Integrated design of optimal supervisors for the enforcement of static and behavioral specifications in Petri net models", Automatica, Vol. 49, n. 11, pp. 34323439, Nov. 2013.
R. Cordone, A. Nazeem, L. Piroddi, S. Reveliotis, "Designing optimal deadlock avoidance policies for sequential resource allocation systems through classification theory: existence results and customized algorithms", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 58, n. 11, pp. 2772-2787, Nov. 2013.
F. Basile, R. Cordone, L. Piroddi, "Compact supervisors for general constraint enforcement in Petri net models with uncontrollable transitions", European Control Conference, pp. 143-148, Zurich (Switzerland), July 17-19, 2013.
F. Basile, R. Cordone, L. Piroddi, "Parsimonious deadlock-free Petri net models of flexible manufacturing systems", American Control Conference, pp. 119-124, Washington, DC (USA), June 17-19, 2013.
R. Cordone, A. Nazeem, L. Piroddi, S. Reveliotis, "Maximally permissive deadlock avoidance for sequential resource allocation systems using disjunctions of linear classifiers", 51st IEEE Conference on Decision and Control, pp. 7244-7251, Maui, Hawaii (USA), Dec. 10-13, 2012.
R. Cordone, L. Piroddi, "Parsimonious Monitor Control of Petri Net models of FMS", IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics: Systems, Vol. 43, n. 1, pp. 215-221, Jan. 2013.
R. Cordone, L. Piroddi, "Monitor Optimization in Petri Net Control", 7th Annual IEEE Conference on Automation Science and Engineering, pp. 413-418, Trieste (Italy), August 24-27, 2011.
I. Fumagalli, L. Piroddi, R. Cordone, "A reachability graph partitioning technique for the analysis of deadlock prevention methods in bounded Petri nets", American Control Conference, pp. 3365-3370, Baltimore (MD), USA, June 30 - July 2, 2010.
L. Piroddi, R. Cordone, I. Fumagalli, "Efficient deadlock prevention in Petri nets through the generation of selected siphons", American Control Conference, pp. 5006-5011, St. Louis, Missouri (USA), June 10-12, 2009.
L. Piroddi, R. Cordone, I. Fumagalli, "Combined Siphon and Marking Generation for Deadlock Prevention in Petri Nets", IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part A, Vol. 39, n. 3, pp. 650-661, May 2009.
L. Piroddi, M. Cossalter, L. Ferrarini, "A Resource Decoupling Approach for Deadlock Prevention in FMS", Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 40, n. 1, pp. 157-170, 2009.
L. Piroddi, R. Cordone, I. Fumagalli, "Selective Siphon Control for Deadlock Prevention in Petri Nets", IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part A, Vol. 38, n. 6, pp. 1337-1348, 2008.
L. Piroddi, R. Cordone, I. Fumagalli, "Non redundant siphon control in ordinary Petri nets", 46th IEEE Conference on Decision and Control, pp. 1904-1909, New Orleans, Louisiana (USA), December 12-14, 2007.
I. Fumagalli, L. Piroddi, R. Cordone, "Siphon Classification for Deadlock Prevention in Petri Nets", European Control Conference, pp. 4425-4431, Kos (Greece), July 2-5, 2007.
L. Ferrarini, L. Piroddi, "A Modular Approach for Deadlock Avoidance in FMS", 44th IEEE Conference on Decision and Control / European Control Conference, pp. 4646-4651, Seville (Spain), December 12-15, 2005.