多AGV系统调度策略研究

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自动导引车(Automated guided vehicle,AGV)是一种能够在无人操纵的情况下,按照规定的路径自主完成移动的运输工具。在AGV的相关研究中,解决多AGV系统中的死锁冲突是实现多AGV协同运行的关键。本文主要针对该问题展开研究。本文首先对开放式系统中的死锁避免问题进行了研究。Banker’s算法是经典的死锁控制算法,具有多项式时间复杂度,但它是一个次优算法。开放式系统状态安全性判断算法是一个最优算法,但它在一般情况下具有指数时间复杂度,不过也有研究表明开放式系统状态安全性判断算法在一些特殊的图中具有多项式时间复杂度,因此对于实际应用而言,对这两个算法进行性能分析具有重要意义。本文首先对这两个算法在AGV系统中的实现进行了研究,基于该实现,分析了Banker’s算法相比于最优算法的效果,为实际运用提供依据。此外,在效率问题上,本文也研究了开放式系统状态安全性判断算法在不同图上的表现,尤其是在具有实际特性的那些图上的表现,该研究结果为AGV路线图的设计提供了指导。然后,考虑到开放式系统中存在一个无限容量的区域,在实际工程中无法直接运用。因此,本文对封闭式系统中的死锁避免问题进行了研究,并基于图结构分析提出了死锁控制算法。首先,对系统建立数学模型,采用部分有向图描述系统的状态。在此基础上,对图中的链状结构以及容量进行了分析。链是一种特定的子图结构,容量反映了在不产生死锁的情况下,子图中所能容纳的AGV的数量。已有研究表明,链是判断系统状态安全与否的重要结构,而图中的子图的容量与链状结构密切相关。现有研究证明了,在系统的可达状态中,如果存在一个状态,它的图描述具有链状结构,那么当前状态就是安全的(即不会死锁)。本文提出了一个策略,通过维持系统始终存在一个具有链状结构的可达状态,保证了系统不会发生死锁。该算法能够有效避免实际多AGV系统中的死锁问题。最后,基于上述研究,本文开发了AGV调度控制软件,通过测试验证了上述算法的有效性。
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