基于随机Petri网的分层航空操作系统HM/FM建模与评价方法

摘要

基于随机Petri网的分层航空操作系统HM/FM建模与评价方法，包括以下步骤：首先，建立所有组件的随机Petri网模型，包括被监控对象模型、HM模型以及FM模型，其次，进行模型的组合，构建完整的随机Petri网模型；然后，对完整的随机Petri网模型进行化简求解，得到分离的Petri子模型的稳态概率分布和压缩的Petri子模型的稳态概率分布；最后对模型进行分析与评价，本发明建立了系统组件的子模型，可根据实际系统的体系结构，灵活的将子模型进行组合，得到系统的完整模型，即“灵活性”，本发明对模型进行近似求解，可以处理较大规模的实际系统，即“复杂模型的求解”。

主权项

基于随机Petri网的分层航空操作系统HM/FM建模与评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立所有组件的随机Petri网模型，包括被监控对象模型、健康监控（HM）模型以及故障管理（FM）模型，其中，被监控对象模型分为简单对象与耦合对象，简单对象是指独立被监控对象，由一个亮状态Petri网进行表示，working变迁的时延参数设置为该对象的平均无故障时间，一旦对象进入发生故障的状态，在没有外部干预的情形下，它无法返回正常工作状态；耦合对象分为AND/OR耦合对象与传播耦合对象，AND/OR耦合对象的working变迁为立即变迁，利用guard函数来保持“与或”错误的同步关系；传播耦合对象用时间变迁propagating以及相关的guard函数来表达；HM模型反映了健康监控模块的行为，包括本层轮询、下层轮询、以及回应，本层轮询是指HM模型周期性地轮询当前层的被监控对象，若没有发现错误，则返回，若发现错误，则激发当前层的FM模型，并返回，HM模型同时接受下层FM模型发送过来的错误报告；下层轮询是指由HM模型向下一层发起的轮询，并等待回应，当回应返回，则变迁Replied发生，若没有发现故障，则返回空闲状态，若发现故障，它会激发FM模块并返回；回应是指HM模型接受到上层HM模型的轮询请求，收集对象的健康信息，并将信息返回给上层HM模型；FM模型由一系列故障处理器和一个故障汇报队列依次串联而成，第一个故障处理器从HM模型接收FM模型激发请求，首先，它检查其负责的被监控对象是否位于正常工作状态，若是，则跳过维修过程，并进入下一个故障处理器；否则，对故障对象进行维修，若维修失败，则将维修失败信息放进故障汇报队列，故障汇报队列收集所有维修失败信息，并通知上层HM模 型，下一个故障处理器顺次进行该工作过程；步骤2，进行模型的组合：模型组合遵循三个标准，即系统对象的故障耦合方式、层间耦合方式、以及FM激发方式，系统对象的故障耦合方式分为AND/OR故障耦合与传播故障耦合，层间耦合方式分为不进行下层轮询与进行下层轮询，FM激发方式分为本层FM激发与下层FM激发，根据这些物理系统的耦合方式，将步骤1中的Petri网子模型连接起来，构建完整的随机Petri网模型；步骤3，对完整的随机Petri网模型进行化简求解，方法如下：步骤3.1，按照变迁实施的速率，将所有变迁分为两个集合，即快实施集合与慢实施集合，其中所有的Working变迁，均是慢速变迁，其他变迁均是快速变迁；步骤3.2，近似认为慢实施集合中的所有变迁都是不可触发的，得到分离的Petri网子模型；步骤3.3，求解分离的Petri网子模型的稳态概率分布，并以此得到压缩的Petri网子模型的变迁实施速率；步骤3.4，求解压缩的Petri网子模型的稳态概率分布；步骤4，对模型进行分析与评价：步骤4.1，定义系统的可用性与平均反应时间两种度量指标；步骤4.2，利用步骤3.4中所得到的压缩子模型的稳态概率分布，计算以上两种指标的值，进行性能评价。