一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种应用于矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，具体来说是基于规 则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构。
【背景技术】
[0002] 矿井无人驾驶系统控制逻辑是指矿井机车在无人驾驶的状态下通过机车获取的 事件信息经过逻辑控制规则的匹配推导最终给出正确的执行指令。其目的是保证矿井机车 在无人驾驶的情况下能够自主、安全、可靠的完成运输任务，避免驶人员在矿井环境下进行 人工操作，提高了井下运输工作的安全性。
[0003] 机车控制器是整个矿井无人驾驶系统最核心的部件，调度信息、进路信息、行车速 度、路况信息、位置信息等都要经过机车控制器处理内部的控制逻辑进行分析处理才能输 出最终的行车状态，因此无人驾驶系统是否安全可靠都取决于机车控制逻辑能否实现在机 车出现故障时导向安全。目前国内尚缺乏一套基于规则匹配的高可信的基于规则匹配的矿 井无人驾驶机车控制逻辑结构。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了避免无人驾驶机车在发生异常情况下造成安全事故，提供一 种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，以实现对矿机机车在无人驾驶状 态下实现对机车的可信性控制。
[0005]-种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，所述的控制逻辑结构 包括信息输入层、规则匹配层、状态输出层，各层之间通过通讯总线完成双向通信；
[0006]a、所述的规则匹配层是指通过机车控制逻辑规则集合以及控制逻辑规则匹配库 形成的逻辑规则匹配层，具体过程如下：
[0007]al、结合机车的系统结构确定机车的控制需求；所述控制需求是指各设备之间的 控制关系；再基于故障安全性原则确定机车控制逻辑规则集合；所述控制规则集合是指各 控制状态执行需满足的逻辑规则推导式集合；
[0008]a2、按照特定的编码规范，将规则组的集合转换为二进制代码，形成特定编码方 式，结合步骤al中的机车控制逻辑规则集合形成形式化的逻辑规则匹配库，进而实现控制 逻辑规则匹配层；
[0009]b、所述的信息输入层通过信息分类，对机车的信息输入设备和设备的状态进行编 号，依照步骤a2中的特定编码方式按设备编号由小到大的顺序生成输入设备信息表，并将 设备信息表发送至逻辑规则匹配层，实现信息输入；
[0010]c、所述的状态输出层是指逻辑规则匹配层将设备信息表中的各种事件触发信息 与逻辑规则匹配库中相应的事件触发条件进行匹配，并将匹配规则生成的执行指令生成状 态执行表并发送至各控制设备，实现状态输出。
[0011] 1、所述步骤al中结合机车的系统结构确定机车的控制需求以及基于故障安全性 原则将机车各设备之间的状态控制关系表示为逻辑控制规则集合的过程如下：
[0012] 1. 1、根据系统结构给出各设备的功能以及各设备之间的控制关系，该控制关系即 是指两者之间的事件触发条件；
[0013] 1.2、依照故障安全性法则确定各设备状态控制与各事件触发条件之间的逻辑关 系；
[0014] 1. 3、对上述确定的逻辑关系，结合机车的控制需求生成相应的机车逻辑控制规则 集合。
[0015] 2、所述步骤a2中的形成形式化的逻辑规则匹配库的过程如下：
[0016] 2. 1、确定编码规则：二进制代码格式定义为类别、编号、状态三个字段，其中编号 字段占一个字节，类别、状态字段共用一个字节；
[0017] 2. 2、依照信息的流向信息将机车设备分为输入设备和状态输出设备两个类别，并 对各类别设备及其状态进行编号并且按上述编码规则对各设备进行编码；
[0018] 2. 3、将上述1. 3中所述的逻辑控制规则集合，结合已有的设备及状态编码，生成 形式化的逻辑匹配规则库。
[0019] 3、所述信息输入层通过信息分类实现信息输入的过程如下：
[0020]3. 1、给出各状态输出设备所输出的控制状态，依照控制状态将与之相关的输入设 备状态信息分为一类，并且将这些信息按信息输入设备编号进行排序；
[0021] 3. 2、将上述3.1中所提到的各种信息及状态，依照2.1中所述编码规则进行编 码；
[0022] 3. 3、将上述所分类信息按照其状态输出设备控制状态的编号由小到大排序生成 输入状态信息表，并将生成的输入状态信息表先进行备份然后发送至逻辑匹配层；
[0023] 3. 4、通过逻辑匹配层将设备信息表中的各种事件信息放入逻辑规则库中进行匹 配，生成最终的状态执行表。
[0024]4、所述状态输出层实现状态输出的过程如下：
[0025] 4. 1、将上述3中输入状态信息表中的事件信息按与之相关的事件触发条件进行 匹配；
[0026] 4. 2、按照状态输出设备的编号找到各设备状态相应的控制规则，将各分类的信息 输入到相应控制匹配规则中进行逻辑判断；
[0027] 4. 3、判断无误后，给出相应的状态执行指令，按照状态输出设备的编号生成状态 执行表并发送给相应状态输出设备。
[0028]与现有技术相比，本发明的有益之处体现在：
[0029] 本发明将机车控制逻辑设计成逻辑判断规则集合，保证了逻辑的完整性、严密性， 同时将多种信息分析处理简化为逻辑上〇与1的判决条件，兼顾了逻辑设计的简洁性和执 行的高效性、同时将信息简化为在逻辑规则制定时充分考虑故障导向安全原则，对高风险 的操作需要严格的条件验证，而对于低风险的操作则验证相对简易，充分保证了系统操作 的高可信性；采用逻辑判断规则执行的方式，减小了系统的开发难度，有利于标准化；利用 规则执行的方式，实现了程序代码与规则库的分离，若要为控制逻辑添加新的判定规则，只 需要更新规则库与配置库，提高了系统的开发速度。
【附图说明】
[0030] 图1矿井机车无人驾驶系统结构图。
[0031] 图2逻辑规则生成示意图。
[0032] 图3信息匹配示意图。
[0033] 以下通过【具体实施方式】，并结合附图对本发明作进一步描述：
【具体实施方式】
[0034] 如图1所示，一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，所述的 控制逻辑结构包括信息输入层、规则匹配层、状态输出层，各层之间通过通讯总线完成双向 通信，
[0035] a、所述的规则匹配层是指通过机车控制逻辑规则集合以及控制逻辑规则匹配库 形成的逻辑规则匹配层，具体过程如下：
[0036] al、结合机车的系统结构确定机车的控制需求；所述控制需求是指各设备之间的 控制关系；再基于故障安全性原则确定机车控制逻辑规则集合；所述控制规则集合是指各 控制状态执行需满足的逻辑规则推导式集合；
[0037]a2、按照特定的编码规范，将规则组的集合转换为二进制代码，形成特定编码方 式，结合步骤al中的机车控制逻辑规则集合形成形式化的逻辑规则匹配库，进而实现控制 逻辑规则匹配层；
[0038] b、所述的信息输入层通过信息分类，对机车的信息输入设备和设备的状态进行编 号，依照步骤a2中的特定编码方式按设备编号由小到大的顺序生成输入设备信息表，并将 设备信息表发送至逻辑规则匹配层，实现信息输入；
[0039] c、所述的状态输出层是指逻辑规则匹配层将设备信息表中的各种事件触发信息 与逻辑规则匹配库中相应的事件触发条件进行匹配，并将匹配规则生成的执行指令生成状 态执行表并发送至各控制设备，实现状态输出。
[0040] 1、所述步骤al中结合机车的系统结构确定机车的控制需求以及基于故障安全性 原则将机车各设备之间的状态控制关系表示为逻辑控制规则集合的过程如下：
[0041] 1. 1、按照图2所示的系统结构给出各设备的功能以及各设备之间的控制关系，该 控制关系即是指两者之间的事件触发条件；
[0042] 1.2、依照故障安全性法则确定各设备状态控制与各事件触发条件之间的逻辑关 系；
[0043] 1. 3、对上述确定的逻辑关系，结合机车的控制需求生成相应的机车逻辑控制规则 集合，如图3所示。
[0044] 2、所述步骤a2中的形成形式化的逻辑规则匹配库的过程如下：
[0045] 2. 1、确定编码规则：二进制代码格式定义为类别、编号、状态三个字段，其中编号 字段占一个字节，类别、状态字段共用一个字节；
[0046] 2. 2、依照信息的流向信息将机车设备分为输入设备和状态输出设备两个类别，并 对各类别设备及其状态进行编号并且按上述编码规则对各设备进行编码；
[0047] 2. 3、将上述1. 3中所述的逻辑控制规则集合，结合已有的设备及状态编码，生成 形式化的逻辑匹配规则库。
[0048] 3、所述信息输入层通过信息分类实现信息输入的过程如下：
[0049] 3.1、给出各状态输出设备所输出的控制状态，依照控制状态将与之相关的输入设 备状态信息分为一类，并且将这些信息按信息输入设备编号进行排序；
[0050] 3. 2、将上述3. 1中所提到的各种信息及状态，依照2. 1中所述编码规则进行编 码；
[0051] 3. 3、将上述所分类信息按照其状态输出设备控制状态的编号由小到大排序生成 输入状态信息表，并将生成的输入状态信息表先进行备份然后发送至逻辑匹配层；
[0052] 3. 4、通过逻辑匹配层将设备信息表中的各种事件信息放入逻辑规则