矿井机车无人驾驶系统混成建模与风险分析研究
本文关键词:矿井机车无人驾驶系统混成建模与风险分析研究
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【摘要】:矿井机车无人驾驶系统的研发与使用,能够有效提升矿井生产效率及自动化水平,并减少井下作业人员数量,从而降低因其它矿井事故引发的人员伤亡,具有巨大的经济效益和社会效益。目前国内外针对矿井机车无人驾驶系统缺乏深入研究,而面向其运行状态建模及安全性分析的工作更为鲜见。本文以基于移动宽带流媒体网络的远程遥控矿井机车无人驾驶系统为对象,在剖析其组织结构、执行功能和运行过程的基础上,基于混成自动机理论对机车运行动态演化过程进行建模,并采用故障树方法对系统安全性重要指标即风险性进行分析,从而能够有效评估验证系统初期设计阶段方案的可行性,进而降低系统运营阶段的事故率及危害性。论文的主要工作包括:(1)提出了基于移动宽带流媒体网络的系统总体架构。主要由自控机车、移动宽带流媒体网络、机车运行服务器、遥控操作台、遥控操作盒、遥控料斗和定标器等设备组成。该系统在运输调度系统的支撑下,以远程遥控驾驶方式实现井下大巷轨道矿井机车的安全高效运行。(2)介绍了相关重要理论及方法。主要包括混成自动机理论、安全及风险性基本概念、故障树分析方法。(3)建立了基于混成自动机的机车运行状态演化模型。无人驾驶矿井机车的运行显著表现出连续和离散并存的混成特征,混成自动机能够精确刻画其状态变化过程。首先设定遵循安全高效驾驶原则的时间演化行驶过程模型;其次定义影响机车状态演化的各道岔信号灯状态事件,并给出不同类型事件下的机车运行状态转换时刻递推算法,从而得到机车运行状态混成自动机模型;最后以多种场景下的数值结果验证了模型的正确性与完备性。(4)建立了基于故障树方法的系统风险分析模型。首先针对遥控操作台、移动宽带流媒体网络和矿井机车三个主要风险来源,建立了各自的元、部件故障模式后果分析表;其次建立了“矿井机车失控”顶事件的系统故障树模型并求出最小割集:最后给出基本事件的结构重要度分析结果,表明关键信息传输部件故障是引起系统风险事故发生的主要原因。
【关键词】:矿井机车 无人驾驶 混成自动机 风险分析 故障树
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TD634;TD771
【目录】:
- 致谢7-8
- 摘要8-9
- ABSTRACT9-15
- 第一章 绪论15-22
- 1.1 课题研究背景与意义15-16
- 1.2 国内外研究现状16-18
- 1.2.1 国内外无人驾驶车辆的研究现状16
- 1.2.2 矿井机车控制系统的研究现状16
- 1.2.3 混成自动机研究现状16-17
- 1.2.4 系统风险分析研究现状17-18
- 1.3 矿井机车无人驾驶系统结构及功能18-20
- 1.4 论文课题来源以及主要研究内容和组织结构20-22
- 1.4.1 论文课题来源20
- 1.4.2 论文主要研究内容和组织结构20-22
- 第二章 相关理论与方法的研究22-32
- 2.1 混成自动机22-24
- 2.1.1 混成自动机的定义22-23
- 2.1.2 混成自动机典型应用实例:温度自动控制系统23-24
- 2.2 安全性基本概念24
- 2.3 风险的定义及其特征24-25
- 2.4 故障树基本理论25-30
- 2.4.1 故障树理论基础25-28
- 2.4.2 布尔代数运算规则28
- 2.4.3 故障树分析方法28-30
- 2.5 本章小结30-32
- 第三章 基于混成自动机的矿井无人驾驶机车状态建模32-43
- 3.1 模型设定与分析32-36
- 3.1.1 模型设定32-33
- 3.1.2 模型分析与算法33-36
- 3.2 系统混成自动机建模36-39
- 3.3 数值分析39-42
- 3.3.1 参数设定39-40
- 3.3.2 实验结果和分析40-42
- 3.4 本章小结42-43
- 第四章 基于故障树的矿井机车无人驾驶系统风险分析43-56
- 4.1 系统风险分析的步骤43
- 4.2 系统各主要风险部件及其元件分析43-50
- 4.2.1 遥控操作台元部件分析44-46
- 4.2.2 移动宽带流媒体网络元部件分析46-48
- 4.2.3 矿井机车元部件分析48-50
- 4.3 矿井机车无人驾驶系统故障树分析50-55
- 4.3.1 系统故障树的构建50-53
- 4.3.2 故障树最小割集分析53-54
- 4.3.3 故障树重要度分析54-55
- 4.4 本章小结55-56
- 第五章 总结与展望56-58
- 5.1 总结56-57
- 5.2 展望57-58
- 参考文献58-61
- 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况61-62
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