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Introduction aux Réseaux de Petri  

INTRODUCTION   AUX   RÉSEAUX   DE   PETRI 

Université Paul Sabatier — Toulouse III

Institut Universitaire Professionnalisé d’Ingénierie des Systèmes Informatiques 
 

Cours (12 heures) 

Ronan Champagnat

LAAS-CNRS

Tél : 0 561 336 416

E-mail : champa@laas.fr 

Février 1999

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

SUJET DU COURS 

Les réseaux de Petri en quelques mots

Un modèle, pour quoi faire ?

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

PLAN DU COURS 

Première partie  De l'observation à la modélisation

Deuxième partie  Définitions et notations

Troisième partie Analyse des réseaux de Petri

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

PREMIÈRE   PARTIE 

AU  FEU ! 

De l'observation à la modélisation 

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Principe et objectifs de la modélisation 

Principe : représentation abstraite d'un système

Objectifs

Première partie : de l'observation à la modélisation

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Observation du comportement du système 

Comment représenter le système ? 

Première partie : de l'observation à la modélisation

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Diagramme espace - temps 

Hypothèses de modélisation

Quelles classes de fonctions ?

(quels sont leurs paramètres ?)

Recherche d'un modèle

Les courbes importent-elles ?

(quels sont les points importants ?) 

temps 

Pompier 1 

Pompier 2 

Pompier 3 

pompe 

maison 

chemin 

Première partie : de l'observation à la modélisation

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Discrétisation du diagramme espace - temps 

Identification discrète des états

Discrétisation événementielle du temps

temps 

Pompier 1 

Pompier 2 

Pompier 3 

apporte 

arrose 

remplit 

revient 

échangent 

échangent 

apporte 

revient 

revient 

apporte 

remplit 

pompe 

maison 

échangent 

chemin 

apporte 

Première partie : de l'observation à la modélisation

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Historique du comportement  

Espace d'état du système

Première partie : de l'observation à la modélisation

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Simulation du comportement 

Qu'est-ce-qu'un graphe ?

Graphe d'occurrence des états du système

Première partie : de l'observation à la modélisation

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Premier modèle du comportement : 
automates à états finis
 

Qu'est-ce qu'un automate ?

P 

V 

P 

E 

E 

P 

V 

P 

P 

R 

P 

P 

P 

P 

P 

P 

V 

A 

E 

E 

A 

V 

P 

A 

R 

P 

A 

P 

P 

A 

P 

V 

V 

E 

E 

V 

V 

P 

V 

R 

P 

V 

P 

P 

V 

V 

E 

E 

R 

E 

E 

P 

E 

E 

V 

V 

P 

R 

V 

P 

V 

V 

A 

R 

V 

A 

V 

V 

V 

R 

V 

V 

marque  

(état courant) 

P 

=  

apporte 

(seau plein)  

V 

=  

revient 

(seau vide)  

A 

=  

arrose 

     

R 

=  

remplit 


 

E 

,    =  

échange 

(v.p. p.v.) 

E 

Quel est l'état suivant ? 

  Inconvénients du modèle

Explosion combinatoire du nombre d'états 

Première partie : de l'observation à la modélisation

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Deuxième modèle du comportement : 
réseaux de Petri
 
 

Structuration par sous-systèmes

Communication entre  sous-systèmes

Réseau de Petri (RdP) 

Première partie : de l'observation à la modélisation 

P 

V 

R 

E 

V 

P 

E 

E 

P 

V 

E 

A 

Pompier 1 

Pompier 2 

Pompier 3 

 

· 

¸ 

¹ 

½ 

¼ 

· 

 

º 

» 

¼ 

½ 

R 

¸ 

¹ 

º 

» 

¼ 

½ 

 

· 

V 

P 

V 

P 

V 

P 

E 

E 

A 

E 

E

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Modèle réseau de Petri 

Structure

Dynamique

Première partie : de l'observation à la modélisation 

apporte 

apporte 

revient 

revient 

apporte 

revient 

t 

1 

t 

2 

t 

3 

t 

4 

t 

5 

t 

6 

t 

7 

t 

8 

j 

échangent 

arrose 

remplit 

échangent 

transition 

place 

marque 

transitions sensibilisées 

P1 

P4 

P3 

P6 

P2 

P9 

P7 

P5 

P10 

P8 

P12 

P11

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Analyse du modèle 

Théorie des réseaux de Petri

Propriétés du modèle

Première partie : de l'observation à la modélisation

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Enrichissements du modèle 

Extension du modèle de comportement du système 

Prise en compte des aspects aléatoires

Première partie : de l'observation à la modélisation

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

DEUXIÈME  PARTIE : définitions et notations 

Élements de théorie des réseaux de Petri

Structures de base pour la modélisation

Graphe des marquages accessibles d'un réseau

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Introduction à la théorie 

Un peu d'histoire

Un vaste champ théorique 

         RdP colorés,

         RdP prédicats-transitions,

         RdP à objets... 

Deuxième partie : définitions et notations

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Définition 

Structure d'un réseau de Petri

Réseau marqué

Deuxième partie : définitions et notations 

X 

U

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Règle de fonctionnement 

Référence de fonctionnement de tout réseau de Petri

Transition sensibilisée (franchissable)

Franchissement (tir) d'une transition t depuis un marquage M

Propriétés primitives du tir

Deuxième partie : définitions et notations 

3 

5 

2 

p 

1 

t 

p 

2 

p 

3 

p 

4 

p 

5 

M 

   

M' 

   

marquage  

initial 

marquage  

final

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Représentation matricielle 

Notations d’algèbre linéaire

Transition sensibilisée

Franchissement d'une transition

Deuxième partie : définitions et notations 

Pre 

t 

1 

t 

i 

t 

n 

p 

1 

M 

p 

j 

L 

Pre 

( 

p 

j 

, 

t 

i 

) 

p 

m 

Post 

t 

1 

t 

i 

t 

n 

p 

1 

M 

p 

j 

L 

Post 

( 

p 

j 

, 

t 

i 

) 

p 

m 

M 

p 

1 

p 

j 

M 

( 

p 

j 

) 

p 

m

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Séquence de franchissement 

Relation d'accessibilité dans un RdP

Deuxième partie : définitions et notations 

t1 

t2 

s 

t 

s 

s

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Expression du parallélisme 

Notions de base

  Représentation graphique

Deuxième partie : définitions et notations

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Communication entre séquences parallèles 

  Départ synchrone 

  Rendez-vous (synchrone) 

  Lecture 

  Sémaphore

    (asynchrone) 

Deuxième partie : définitions et notations

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Expression des conflits  

Notions de base

Complexité de la notion de conflit 

p 

1 

p 

2 

t 

2 

t 

1 

t 

3 

Deuxième partie : définitions et notations 

p 

1 

p 

2 

p 

3 

p 

4 

t 

2 

t 

1 

t 

3 

M  Pre(. ,t1) 

M  Pre(. ,t2) 

 

Conflit à choix libres 

Conflit à choix libre généralisé 

Cas de confusion :

Non transitivité de la relation être en conflit

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Expression du test d'une variable 

Structure de base

Ambiguïté de la boucle élémentaire

Problème du test à zéro

Deuxième partie : définitions et notations

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Autres opérations sur des variables 

  Incrémentation    décrémentation 

  Test d'égalité (p =) 

  Affectation (p :=) 

  Mise à zéro (p :=) 

Deuxième partie : définitions et notations 

si p'  complémentaire à p 

Les réseaux de Petri sont peu pratiques pour modéliser ces opérations

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Graphe des marquages accessibles d'un réseau 

Ensemble des marquages accessibles

Lien entre un RdP et son graphe des marquages accessibles

s 

Deuxième partie : définitions et notations

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

TROISIÈME PARTIE : 
 
Analyse des réseaux de Petri
 

Propriétés dépendant de la structure et du marquage initial (« bonnes propriétés »)

Propriétés structurelles

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Généralités sur les propriétés des réseaux de Petri 

Expression des propriétés fondamentales des systèmes

Propriétés dépendant de la structure et du marquage initial

Propriétés ne dépendant que de la structure

Troisième partie : analyse des réseaux de Petri

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Vivacité des transitions d'un réseau  

Transition vivante et quasi-vivante

Réseau vivant

Interprétations

Troisième partie : analyse des réseaux de Petri 

p 

1 

p 

2 

p 

3 

t 

1 

t 

2 

t 

3 

t 

4 

t 

5 

exemple : 

s 

s

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Activité des marquages d'un réseau 

Réseau réinitialisable

Blocage

s 

Troisième partie : analyse des réseaux de Petri 

Réseau vivant non réinitialisable 

Réseau

avec

blocage 

p 

1 

p 

2 

p 

4 

p 

3 

t 

1 

t 

2 

t 

3

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Bornes des places d'un réseau 

Place k-bornée

Réseau k-borné

Interprétations

Troisième partie : analyse des réseaux de Petri 

p 

3 

p 

2 

t 

1 

t 

2 

2 

2 

p 

1 

exemple : 

exemple :

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Méthodes de détermination des « bonnes propiétés » 

Écriture du graphe des marquages accessibles G(R, M0)

Analyse par réduction

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Invariant de place 

Composante conservative  (fonction linéaire de marquages cte)

Réseau conservatif

Troisième partie : analyse des réseaux de Petri

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Invariant de transition 

Troisième partie : analyse des réseaux de Petri 

Composante répétitive stationnaire (séq. de franchisst répétitive)

Réseau répétitif stationnaire

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Exemple (analyse intuitive) 

Composantes conservatives

Troisième partie : analyse des réseaux de Petri 

p 

1 

p 

2 

p 

4 

p 

3 

p 

5 

t 

1 

t 

2 

t 

3 

t 

5 

t 

4 

3 

3 

Composantes répétitives stationnaires

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Exemple (analyse algébrique) 

Calcul des composantes conservatives

2 invariants de place  f1 M(p1) + f2 M(p2) + f3 M(p3) + f4 M(p4) + f5 M(p5)  = cte(M0) 

f 

1 

f 

2 

f 

3 

f 

4 

f 

5 

[ 

] 

- 

1 

0 

+ 

1 

0 

0 

+ 

1 

- 

1 

0 

0 

0 

0 

+ 

1 

- 

1 

0 

0 

0 

0 

0 

+ 

1 

- 

1 

0 

- 

1 

+ 

1 

- 

3 

+ 

3 

= 

0 

Û 

- 

f 

1 

+ 

f 

2 

= 

0 

- 

f 

2 

+ 

f 

3 

- 

f 

5 

= 

0 

f 

1 

- 

f 

3 

+ 

f 

5 

= 

0 

f 

4 

- 

3 

f 

5 

= 

0 

- 

f 

4 

+ 

3 

f 

5 

= 

0 

f 

1 

= 

f 

2 

f 

1 

+ 

f 

5 

= 

f 

3 

f 

4 

= 

3 

f 

5 

Þ 

f 

1 

1 

f 

2 

1 

f 

3 

1 

f 

4 

0 

f 

5 

0 

et 

f 

1 

0 

f 

2 

0 

f 

3 

1 

f 

4 

3 

f 

5 

1 

Troisième partie : analyse des réseaux de Petri

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Exemple (analyse algébrique) 

Calcul des composantes répétitives stationnaires

Troisième partie : analyse des réseaux de Petri 

s 

1 

= 

s 

2 

s 

1 

= 

s 

3 

s 

4 

= 

s 

5 

Þ 

s 

1 

1 

s 

2 

1 

s 

3 

1 

s 

4 

0 

s 

5 

0 

et 

s 

1 

0 

s 

2 

0 

s 

3 

0 

s 

4 

1 

s 

5 

1 

- 

1 

0 

+ 

1 

0 

0 

+ 

1 

- 

1 

0 

0 

0 

0 

+ 

1 

- 

1 

0 

0 

0 

0 

0 

+ 

1 

- 

1 

0 

- 

1 

+ 

1 

- 

3 

+ 

3 

s 

1 

s 

2 

s 

3 

s 

4 

s 

5 

= 

0 

Û 

- 

s 

1 

+ 

s 

3 

= 

0 

s 

1 

- 

s 

2 

= 

0 

s 

2 

- 

s 

3 

= 

0 

s 

4 

- 

s 

5 

= 

0 

- 

s 

2 

+ 

s 

3 

- 

3 

s 

4 

+ 

3 

s 

5 

= 

0

 

Introduction aux Réseaux de Petri  

Pour aller plus loin... 

Références bibliographiques

Sur le Web

Troisième partie : analyse des réseaux de Petri