随着信息科学和计算机技术的快速发展,形式化建模和代数分析方法对复杂控制系统的合理设计和高效开发显得越来越为重要,而Petri网是目前一种重要的形式化建模和分析方法,具有图形化描述和代数分析的优点。对于具有事件并发和异步特点的离散事件动态系统(dicreted event dynamic systems,DEDS)而言,Petri网模型可以方便地描述和分析DEDS中的并发、不确定和随机行为。同时在对复杂的工业控制系统建模和应用过程中,采用各类高级Petri网模型对系统模型进行综合和性能分析是重要且必要的。　　 基于上述背景,本文针对复杂DEDS的Petri网建模方法和分析技术,着重从DEDS的扩展模型、模型复杂度和面向对象建模方法三个方面进行研究,力图解决Petri网在复杂DEDS的建模问题,从而能在一定程度上提高复杂DEDS的Petri网建模和性能分析能力,为解决DEDS在复杂的工业控制系统建模问题上提供理论指导和方法依据。　　 本文的主要内容及创新之处如下:　　 1、首先提出一类应用于DEDS的模型——Jade(just adjust basic element)结构模型。针对DEDS模型初始状态标识的不确定和控制策略实施的异常,本文通过调整网模型的状态元,提出一种应用于DEDS的Jade结构模型,适用开环的工业控制系统建模。这种Jade结构模型结合事件图和Petri网建模方法,对DEDS在工业控制系统中的事件触发、触发的同步和异步、以及状态多值等特性进行建模和分析,模型中的库所取决于网模型的本身运行规律和系统控制策略。通过三类基于状态的扩展Jade结构模型,来调整系统控制策略。同时通过实例建模和分析,验证了Jade结构模型能准确描述DEDS的闭环反馈监控和开环工业系统的进程。　　 2、其次提出一种描述DEDS中的Petri网模型对工业控制系统模拟能力的模型,通过模型的同步距离、并发度和进程深度来描述DEDS中控制的复杂特性。在DEDS的Petri网模型中,并发度描述了当事件在满足使能条件时,期望与它并发的事件个数期望尽量的多(少),同步距离描述当一个事件E1发生后,另一个事件E2最多(少)发生次数是有限的,进程深度则表示为当E1发生后,期望E2最快(慢)多久发生。并通过一个加工系统的实例来分析系统的复杂度,验证了复杂度模型的研究对开环工业系统和Jade结构模型的反馈策略是重要的。　　 3、再次本文通过结合替换运算和面向对象技术,对复杂系统建立逐步加细的分层模型,提出一种解决分布式系统中子系统异构所带来的复杂状态空间问题的方法。该方法对对象采用替换运算,将被替换对象定义为消息输入和输出的综合库所,并对综合库所进行库所型子网替换。同时,针对CAN总线网络系统,提出一种面向对象Petri网——变迁型面向对象Petri网,是库所型面向对象Petri网的对偶网,并在子网内部设置特殊的库所——条件判断库所来限制消息输入变迁,适用于CAN总线系统的建模。该网通过定义对象子网之间的消息输入和输出变迁来实现相互通信,并采用消息决策控制,对对象的接口进行扩展。通过实例系统的分析,验证了基于OOPN扩展模型更有利于描述复杂层次系统,尤其适用文中所提的具有CAN总线多主特点系统。　　 4、最后针对CAN／LIN总线混合车身控制系统的特点,本文提出一种采用变迁型面向对象Petri网,结合对象Petri网的替换运算和自上而下的建模方法,建立车身控制系统的面向对象着色Petri网(OOCPN)模型,并在对象子网之间设置特殊的条件判断库所来控制对象间消息收发,同时通过车身控制系统的OOCPN模型来分析系统实时性。实验证明,通过OOCPN模型对车身网络软件系统的精确分析和建模,有助于提高整个控制系统软件设计的可靠性;且模型有很强的扩展性,清晰、直观,易于程序实现,方便车身分布式控制程序的快速开发,确定各个分层车身网络协议,提高多类车身系统之间的兼容性。同时面向对象着色Petri网模型能够模拟子系统之间相互作用的协议,因而车身网络系统的OOCPN建模方法研究为汽车网络应用层协议的研究和制定有重要意义。