Nous avons présenté dans la section 1.3 les problèmes de supervision où les spécifications s’expriment sous forme d’un comportement souhaité du procédé. Les actions de contrôle émises par le superviseur ne dépendaient que des séquences d’événements générées par le procédé. Cependant, nous définissons un problème de supervision par un ensemble d’états admissibles pour le procédé ou encore par un ensemble d’états interdits. Il est donc possible de synthétiser un superviseur qui interdit au procédé d’atteindre certains états interdits en se basant sur la séquence d’événements générés.
La politique la plus communément adoptée pour les problèmes d’états interdits est de type retour d’état. Le superviseur ne mémorise pas l’historique du système. L’action de contrôle admet toujours une liste d’évènements tolérés. Elle est déterminée en observant uniquement l’état courant du système contrôlé.
Dans cette section, nous avons tout d’abord défini les problèmes d’états interdits et des transitions d’états interdites ; par la suite, nous présenterons les conditions nécessaires et suffisantes pour l’existence des contrôleurs RdP.
1.5.1 Problème d’états interdits (PEI)
Formellement, un contrôle par retour d’état d’un RdP F, N" est une fonction n: Ϻ → Г où Г est l’ensemble des lois de contrôle défini par Г = 8 ⊆ Г⎹ 8 ⊇ H65 (voir Figure 1.7).
Un réseau muni d’un contrôle n est noté Fp. Ainsi, une transition K est validée à partir d’un marquage N dansFp si et seulement si N.K >et K ∈ n N . Selon la définition de Г, les transitions incontrôlables sont toujours autorisées par le contrôleur. On désignera par Np l’ensemble des états atteignables dans Fpet qp le graphe d’atteignabilité correspondant.
Dans un problème d’états interdits, notre objectif est de concevoir un contrôleur qui garantit que les états atteignables du système contrôlé soient dans un ensemble d’états admissibles spécifié, c'est-à-dire que le système contrôlé ne visitera jamais des états interdits bien définis.
Figure 1.7- Principe du contrôle par retour d’état
Les états autorisés ou admissibles sont des états qui satisfont un prédicat défini comme suit : : Ϻ → 0, 1 . Ces états admissibles sont identifiés aux éléments de l’ensemble :
Nr = N⎹ N ∈ Ϻ, N = 1
Par conséquent, l’ensemble complémentaire de Nrest l’ensemble des états interdits.
Notation 1.2 : Soit N._ > N0 le chemin qui relie un état N à un autre état N0en franchissant dans un graphe la séquence de transitions σ.
1.5.2 Problème de transitions d’états interdites (PTEI)
Le problème d’états interdits représente un cas particulier des problèmes de transitions interdites (c'est-à-dire G s ⊆ GH s).
Définition 1.9 :
Un problème de transitions d’états interdites (ou PTEI) correspond à un comportement admissible q défini par :
1- N" ∈ q
2- ∀N ∈ q, ∃_⎹ N"._ > N ∈ q
L’admissibilité du marquage initial constitue la première condition nécessaire pour l’existence du contrôle. De plus, la deuxième condition exige l’atteignabilité de tout marquage admissible à partir de N" par un chemin dans q, ou encore que tous les marquages intermédiaires soient admissibles. On note que pour un PTEI, des transitions peuvent exister entre des états admissibles, mais qui n’appartiennent pas à q.
Procédé
Contrôleur
) M
( M
f
Le problème de transitions d’états interdites (PTEI) est un problème plus général que celui du problème d’état interdit (PEI). Un comportement admissible par rapport à des spécifications de type états interdits peut être défini comme suit :
Définition 1.10 :
Un problème d’états interdits (ou PEI) correspond à un comportement admissible qui satisfait les conditions 1 et 2 de la définition 1.9 et la condition supplémentaire suivante :
3- ∀ N.K > N0 ∈ q F, N" , N, N0 ∈ q =>N.K > N0 ∈ q
Remarque 1.3 : Un problème d’états interdits est un problème de transitions d’états interdites, mais l’inverse est faux.
1.5.3 Contrôlabilité et existence des contrôleurs RdP
Les travaux de Y.Li et W.M.Wonham [LW93] ont abouti à l’existence d’une solution pour les problèmes d’états interdits. Ces auteurs ont exprimé la propriété de contrôlabilité dans le contexte du contrôle par retour d’état. Leur recherche portait sur les systèmes à évènements discrets vectoriels (SEDV).
Définition 1.11 :
Un SEDV est un SED 7 = Σ, Ϻ, !, k" dont l’état est décrit par des variables d’état entières 4", 4 . . 4J [LW93]. L’espace Ϻ des états du système est l’ensemble des vecteurs entiers de dimension M.
La fonction de transition d’un SEDV est !: Ϻ ×Σ→ Ϻ telle que
! N, = N + >
> est le vecteur de déplacement correspondant à l’évènement . ! N, est défini si N ≥ I>, où I> ∈ Ϻ est le vecteur de condition d’occurrence.
Les RdP constituent un modèle équivalent aux SEDV [LW93] [Pet81]. Les résultats démontrés pour les SEDV sont donc valides pour les réseaux de Petri.
Soit un RdP F, N" et un prédicat de spécifications. On suppose que l’état initial satisfait , i.e. N" ∈ Nr. Soit qr F, N" l’ensemble des états atteignables à partir de N"
défini comme suit : Définition 1.12 : qr F, N" est tel que :
• N" ∈ qr F, N"
• Si N ∈ qr F, N" et N.K > N0∈ Nr, alors N0∈ qr F, N"
• Tout état de qr F, N" satisfait la première et la deuxième condition.
Il en découle que pour tout état N ∈ qr F, N" , ∃ N , N . . N= ∈ Ϻ et K , K . . K=f ∈Σ tels que :
• ∀ A = 0,1, … , − 1, NO.KO > NOW ;
• ∀ A = 0,1, … , − 1, NO ∈ qr F, N" ;
• N= = N .
Par ailleurs, pour tout marquage N qui satisfait , il existe toujours une séquence franchissable à partir deN" qui atteint N et telle que les états intermédiaires satisfont également le prédicat . La définition suivante introduit la notion de contrôlabilité d’une spécification d’états interdits [LW93].
Définition 1.13 :
Soit un réseau F, N" et une spécification d’état interdits définie sur l’ensemble Ϻ. Nrest contrôlable par rapport à F, N" si :
o Nr = qr F, N" et
o ∀∈ H65, si N ∈ Nr alors N.K > N0∈ Nr
On a donc toujours qr F, N" ⊆ Nr. La première condition de cette définition impose que tous les marquages admissibles par rapport à soient atteignables par l’intermédiaire d’états admissibles. La deuxième condition signifie que les états atteints sont admissibles de façon incontrôlable à partir des états admissibles. La condition de contrôlabilité de l’ensemble d’états est nécessaire et suffisante pour l’existence d’un contrôle par retour d’état, comme il est énoncé dans le théorème suivant [LW93].
Théorème 1.3 :
Soit une spécification sur les états d’un réseau de Petri F, N" , telle que N" ∈ Nr. Il existe un contrôle par retour d’état I tel que Nu = Nr si et seulement si Nrest contrôlable.
Il existe un autre résultat concernant l’existence du plus grand sous-ensemble de marquages admissibles contrôlable d’un ensemble Nr [LW93].
Théorème 1.4 :
Le plus grand élément de l’ensemble I Nr = v?⎹ ? ⊆ Nr K ? 2lMKbôx 3x y existe toujours.