第 32卷 第 9期 控 制 与 决 策 Vol.32 No.9
2017年 9月 Control and Decision Sep. 2017
文章编号: 1001-0920(2017)09-1681-08 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2016.0826
基于双子代数的高通量筛选系统优化控制
李 丹 菁
†
(上海应用技术大学 电气与电子工程学院,上海 201418)
摘 要: 为了提高控制效率, 对一类新兴的离散事件系统, 即高通量筛选系统,利用双子代数 dioid 同时从事件域和
时间域进行建模. 对于很多离散事件系统, 期望的输入输出模型行为是进行优化控制时常用的指标. 然而, 根据实
际控制要求, 往往高通量筛选系统的优化指标还会考虑期望的状态轨迹或期望的输出轨迹. 对此, 研究 dioid 框架
下具有不同优化指标的优化控制结构, 并结合状态反馈和输出反馈进行讨论. 最后通过实例说明了应用该控制结
构的方法. 仿真结果表明了所提出的优化控制方法的有效性.
关键词: 高通量筛选系统;双子代数;M
ax
in
Jγ, δK;优化控制;反馈
中图分类号: TP27 文献标志码: A
Dioid-based optimal control for high throughput screening systems
LI Dan-jing
†
(School of Electrical and Electronic Engineering,Shanghai Institute of Technology,Shanghai 201418,China)
Abstract: To enhance its control efficiency, for a new class of discrete event systems, i. e. high throughput screening(HTS)
systems, it is modeled within both event- and time- domain under the framework of dioid. For optimal control of many
discrete event systems, desired input-output model behaviour is an objective commonly considered. However, according
to practical control requirements of HTS systems, more often, desired state trajectories or desired output trajectories are
considered. Therefore, dioid-based optimal control structures with different objectives are studied. State-feedback and
output-feedback structures are discussed, respectively. Finally, some examples are given to illustrate the application of
the aforementioned control structures. Simulation results show the effectiveness of the proposed optimal control.
Keywords:
high throughput screening systems
;
dioid
;
M
ax
in
Jγ, δK;optimal control;feedback
0 引 言
在当今的化工、生物制药、农业、基因工程等领
域, 越来越多地采用高通量筛选系统(HTS) 进行各种
实验,带来了巨大的效益, 尤其是大大提高了新药、新
材料、新工艺等的研发效率. 随着高速计算机技术、
高度自动化设备的发展, 这类 20 世纪 90 年代后出现
的新兴离散事件系统,得以在一定时间内快速地对几
十万种、上百万种的化合物、生物物质等进行包含液
体操作、储存、微板操作、标注、读数、温孵培养等一
系列活动
[1-5]
.
高通量筛选系统是满足同步关系的离散事件系
统. 在这类被称为事件图或同步图的系统中, 一个事
件的发生不必通过竞争,然而可能需要几个事件的共
同发生作为前提. 与许多离散事件系统不同, 在高通
量筛选系统中,经常涉及多个用户共享一个资源且同
一个用户多次使用同一个资源的情况. 其次, 在资源
之间并无缓冲区域, 相反, 用户在资源之间转移时会
同时占用两个资源. 而且, 高通量筛选系统的运行允
许交错分配: 即使在同一个资源上, 后面批次的某些
活动可能在前面批次其他活动之前发生
[1]
. 此外, 由
于资源情况复杂, 近年来, 还出现了多容量资源的使
用情况.
与许多对离散事件系统的研究一样, 对 HTS 系
统的分析也常常从事件域的角度出发, 例如文献 [2-
9], 其中文献 [2-3,6-9] 基于 max-plus 算法建立了系统
模型. 然而, 一些建模及后续的控制, 可能会由于模型
复杂 (例如需要降阶处理等), 系统分析及控制的效率
不高. 另外, HTS 系统所使用的 PLC 控制器是按一定
时间周期工作的,单纯基于事件域的模型对控制的实
施也有所不便. 因此,从提高系统分析、控制策略的效
率以及控制实施的灵活便利性考虑, 在对高通量筛选
系统进行建模及控制时, 可以进一步优化, 选择合适
收稿日期: 2016-06-27;修回日期: 2016-11-30.
基金项目: 上海市浦江人才计划项目(14PJ1407900);轻工过程先进控制教育部重点实验室开放课题 (APCLI1402).
作者简介: 李丹菁 (1973−), 女, 讲师, 博士, 从事离散事件系统控制、混杂系统控制等研究.
†
通讯作者. E-mail: danjing.li@sit.edu.cn