CN112733380B - 基于关系型数据库的有限状态机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于关系型数据库的有限状态机，包括有限状态机数据库模块和有限状态机数据处理模块，所述有限状态机数据库模块包括条件机和执行机，所述执行机将基于关系型数据库进行数据的生成、检查、检索和修改等操作，所述有限状态机数据库模块可容纳多种数据结构的数据，所述有限状态机数据处理模块包括状态存储机、状态条件机、状态驱动机和状态切换算法机。本发明涉及计算技术领域，具体为一种完整的系统解决方案，应用广泛，基于关系型数据库的有限状态机既包括现实物质世界的事物，也包括事物之间相互的关系，容纳不特定的技术，加快了工程应用中建模效率，约束了事物处理的主体，保持了计算过程的完整性。

Description

基于关系型数据库的有限状态机

技术领域

本发明涉及计算技术领域，具体为基于关系型数据库的有限状态机。

背景技术

有限状态机是许多数字系统中用来控制系统和数据流路径行为的时序电路，有限状态机的实例包括控制单元和时序，有限状态机主要有两种类型即Mealy和Moore，有限状态机或称简单状态机用于设计计算机程序和时序逻辑电路，它被设想为抽象机器，可以处于有限数量的用户定义状态之一，机器一次只能处于一种状态；在任何给定时间所处的状态称为当前状态，当由触发事件或条件启动时，它可以从一种状态改变为另一种状态；称为过渡，特定有限状态机由其状态列表和每个转换的触发条件定义，有限状态机可以基于关系型数据库在众多领域应用。

在现代社会中的许多设备中可以观察到状态机的踪影，这些设备根据发生的事件序列执行预定的动作序列，简单的例子是自动售货机，当存放硬币的金额达到商品价格时分配产品；电梯在把乘客送达楼上后才会下降；交通灯按一定的时间改变信号来控制车流；以及需要输入一串正确的数字才能打开的组合锁。

在自动化控制领域中，基于关系型数据库的有限状态机同样能发挥广阔应用。当有限状态机被应用到自动化控制领域中后，自动化控制有了一种新的解决方案。广义的有限状态机，不仅包括权限使用逻辑层面，同时也包括控制系统技术层面。

发明内容

针对上述情况，为克服当前的技术缺陷，本发明提供了基于关系型数据库的有限状态机，本发明是一种完整的系统解决方案，应用广泛，基于关系型数据库的有限状态机既包括现实物质世界的事物，也包括事物之间相互的关系，容纳不特定的技术，加快了工程应用中建模效率，约束了事物处理的主体，保持了计算过程的完整性。

本发明的技术方案如下：基于关系型数据库的有限状态机包括有限状态机数据库模块和有限状态机数据处理模块，所述有限状态机数据库模块包括条件机和执行机，所述执行机将基于关系型数据库进行数据的生成、检查、检索和修改等操作，所述有限状态机数据库模块可容纳多种数据结构的数据，在数据检查过程中，能够根据条件限定，自动筛选出问题数据，在检索过程中，依托关系型数据模型，迅速的找到所需数据，在修改过程中，能够在多种数据结构上进行操作，关系型数据库采用了关系模型来组织数据，其以行和列的形式存储数据，以便于用户理解，所述关系型数据库这一系列的行和列被称为表，一组表组成了数据库，用户通过查询来检索数据库中的数据，而查询是一个用于限定数据库中某些区域的执行代码，关系模型可以简单理解为二维表格模型，而一个关系型数据库就是由二维表及其之间的关系组成的一个数据组织，所述关系模型中常用的概念有关系、元组、属性、域、关键字和关系模式，所述关系为一张二维表，每个关系都具有一个关系名，就是通常说的表名，所述元组为二维表中的一行，在数据库中经常被称为记录，所述属性为二维表中的一列，在数据库中经常被称为字段，所述域为属性的取值范围，也就是数据库中某一列的取值限制，所述关键字：一组可以唯一标识元组的属性，所述数据库中常称为主键，由一个或多个列组成，所述关系模式：指对关系的描述，其格式为：关系名(属性1，属性2，直至属性N)，在数据库中成为表结构，所述有限状态机数据库模块具有输入和输出通道，输入通道将接受元组信息，所接受的元组信息将自动匹配关系型数据模型内的数据，通过条件机判断后，判断结果将通过有限状态机数据库模块的输出通道输出，所述有限状态机数据处理模块包括状态存储机、状态条件机、状态驱动机和状态切换算法机。

进一步地，所述状态存储机内存储当前状态和历史状态，当前状态和历史状态基于关系型数据库的约束条件，数据结构采用以元组信息作为状态主体，以属性等作为参变量。

进一步地，所述状态条件机依托状态存储机内存储的信息对有限状态机数据库模块输出通道输出的信息进行判断，所述状态条件机判断的主体为数据结构，对状态主体的参变量进行逻辑运算，然后输出，所述状态条件机的输出为数据结构，逻辑运算信息保存在数据结构中的参变量中。

进一步地，所述状态切换算法机对状态条件机的输出信息进行处理，所述状态切换算法机融合包括数学、物理学在内的知识，对状态条件机的输出信息进行数学计算，所述状态条件机的输出为数据结构通过计算得出的结果仍以数据结构形式输出，数据结构中包括计算条件、过程、结果等属性。

进一步地，所述状态驱动机根据状态切换算法机的输出，根据状态切换条件，通过包括递归算法在内的特定算法，得出当前状态经过若干步骤进入下一状态的方法，所述状态驱动机将输出结果到状态存储机中，所述状态存储机按照状态驱动机的输出结果进行状态切换和保存。

本发明取得的有益效果如下：一种完整的系统解决方案，应用广泛，基于关系型数据库的有限状态机既包括现实物质世界的事物，也包括事物之间相互的关系，容纳不特定的技术，加快了工程应用中建模效率，约束了事物处理的主体，保持了计算过程的完整性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明基于关系型数据库的有限状态机的逻辑框图；

图2为本发明基于关系型数据库的有限状态机所应用的电控门控制逻辑框图；

图3为本发明基于关系型数据库的有限状态机中状态切换算法机应用逻辑框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1～3所示，本发明将以电控门为例，详细阐述有限状态机在电控门技术上的具体实现。

本发明采取的技术方案如下：基于关系型数据库的有限状态机，有限状态机数据库模块处理权限使用逻辑，有限状态机数据处理模块处理控制系统技术。

建立条件机，在现代化办公单元内，各个部门的均有独立分工，办公人员将依据所在部门及级别权限划定行动区域，不同的办公人员只能被允许进入特定的工作区域，这种权限分配和使用均可以借助于关系型数据库，对员工使用权限进行建模，使员工、员工所在部门、员工所属等级、电控门所在部门、电控门开启等级、特殊职能员工、人员识别等录入关系型数据库，并建立相互关系，建立以输入量为员工和电控门、输出流为布尔类型的模型，形成了基于关系型数据库的有限状态机，基于关系型数据库的有限状态机中每个状态表示一个员工和对应该员工所允许进入的电控门，建立执行机，执行机负责对权限的维护，即修改数据库中开启等级、人员识别等信息。

控制系统技术层面，首先建立状态存储机，控制系统从应用程序接收特定的信息，并产生影响它的动作，控制系统使用简单的逻辑条件来实现，然后输出，所有输入条件都有布尔值(真，假)，输出表示控制系统的状态(打开，关闭，锁定等)，前面的每个状态都存储在一个变量中。

建立状态条件机，新的状态取决于前一个状态和输入条件，带输入状态和状态条件的状态切换算法是有限状态机的核心，软件设计可以在转换矩阵或状态机图的帮助下实现。

建立状态驱动机，在有限状态机中设计的电控门制软件被分为连续和离散事件空间，连续空间包含一个连续的数据流，从传感器和执行器发送到传感器和执行器，离散事件空间基于带事件中断的有限状态机，过渡矩阵是一个表，表示观察系统的状态、过渡和事件，当满足特定的输入或函数条件时发生事件，转换矩阵可以涵盖各种形式，状态转换图是在转换矩阵中描述的一种图形表示，电控门应用程序使用以下任务：

1.输入读取任务(从传感器的信号和位置开关读取创建各种事件)；

2.控制任务(门运动和速度控制)；

3.门禁管理任务(安全功能、门禁管理、硬件控制、诊断、闪存记录等)；

4.通讯任务(CAN和串行RS232)连接电脑；

5.门操作员任务(通过CAN通信从命令开关或任何其他操作员生成事件)。

建立状态切换算法机，使用改进的运动控制算法，反馈控制由三个参考输入(加速度、速度和位置)组成，分别来自运动发生器和两个实际测量输入(位置、速度)，分别来自增量编码器，反馈控制是可调谐的两个参数Kp和Kv，Kv参数影响速度控制的质量，K值也影响速度控制的质量，p参数影响位置控制的质量，这两个参数都会影响系统的控制速度性能，反馈输出表示一个加速度参考，乘以估计的机构的移动质量，乘法结果估计的机制，前馈控制消除了指定不准确的估计机构的运动质量的误差，以及齿轮、轴承和导轨中的任何摩擦，参数h作为低通滤波器性能指标，在速度测量过程中消除噪声，因此该参数有一个小的数字，这取决于测量质量，当参数h设置得太高时，机构开始颤抖，当参数h设置得太低时，机构的响应时间增加，在考虑最优控制响应的基础上，通过实际实验确定了参数h，总参考力是机构的估计力和前馈控制力的总和，电机做旋转运动，所以电机参考扭矩参数，将扭矩转换成力，因为该机制是线性基础上的齿轮和皮带轮，变换计算由传动比和皮带轮半径决定，在控制任务中，状态切换算法机的设计解释如下，在装有线性机构和无刷交流电机的DSP系统上进行实验，设计采用了带有快速控制算法的DSP系统，改进的运动控制机制集成在运动有限状态机中，PC机用于控制设计、控制响应分析和数据测量。

质量是加速度计算所需的一个重要参数，质量可以根据电机测量的电流计算出来，门在开始时有一个启动周期(接通电源)，门进入末端位置时保持恒定的缓慢速度，电机的电流在门运动开始时增加，电机的最大电流值将保存在内存中，当门的重量增加时，电机的最大电流增加，质量可以通过测量的最大电机电流和质量常数来计算，通过对电控门应用的实验测量，得到了质量常数，既然两个参数都知道了，就可以计算出加速度，在电机容量内，状态切换算法机将使用给定的门重量生成参考运动值，保证电控门在状态切换算法机的设定极限内运行。

开始实验，使用较低的推力，加速度、位置和速度是保持恒定，运动发生器计算运动极限给定参数：加速度，速度和位置，状态切换算法机生成运动轮廓。

控制回路同时采用前馈和反馈回路设计，总力是两个循环结果的总和，反馈回路通过线性机构上的负载快速运动消除干扰，为了克服机构摩擦和重力效应，需要前馈回路提供前馈电流以平衡摩擦力，如前，线性机构有两种定位方式，两种定位方式的差别可以从施力方向看出来，当负载向下移动时，垂直定位机构由于重力对负载的影响，具有较低的摩擦力，由于电机需要克服重力效应和机械摩擦，负载向上移动时摩擦力要大得多，机构处于水平位置时，使摩擦力在两个运动方向上达到平衡，当电控门运动被强行打断(障碍物碰撞或任何其他运动阻止)时，电控门在正常运行时进入封锁检测，在这种情况下，电控门改变运动方向或停止后，触发一个错误的提示。

状态切换算法机内部整合所需操纵运动动力学信息，适当的监测算法触发电流响应，在相关参数发生变化时，如负载质量的任何变化，状态切换算法机将有关信息输出给状态存储机，及时调整电流，对于特定机构，以运动动力学为基础，调整峰值力大小，将使运动体获得更好运动表现。

基于关系型数据库的有限状态机可以安全完整的进行权限管理，因内部整合所需操纵运动动力学信息，使运动体获得更好运动表现，从而减少了电机功耗和机械磨损。

要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物料或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物料或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.基于关系型数据库的有限状态机，其特征在于：包括有限状态机数据库模块和有限状态机数据处理模块，所述有限状态机数据库模块包括条件机和执行机，所述执行机将基于关系型数据库进行数据的生成、检查、检索和修改操作，所述有限状态机数据库模块可容

纳多种数据结构的数据，在数据检查过程中，能够根据条件限定，自动筛选出问题数据，在检索过程中，依托关系型数据模型，找到所需数据，在修改过程中，能够在多种数据结构上进行操作，关系型数据库采用了关系模型来组织数据，其以行和列的形式存储数据，所述关系型数据库这一系列的行和列被称为表，一组表组成了数据库，用户通过查询来检索数据库中的数据，而查询是一个用于限定数据库中某些区域的执行代码，关系模型可以理解为二维表格模型，而一个关系型数据库就是由二维表及其之间的关系组成的一个数据组织，所述关系模型中概念有关系、元组、属性、域、关键字和关系模式，所述关系为一张二维表，每个关系都具有一个关系名，就是表名，所述元组为二维表中的一行，在数据库中被称为记录，所述属性为二维表中的一列，在数据库中被称为字段，所述域为属性的取值范围，也就是数据库中某一列的取值限制，所述关键字：一组可以唯一标识元组的属性，所述数据库中称为主键，由一个或多个列组成，所述关系模式：指对关系的描述，其格式为：关系名包括属性1，属性2，直至属性N，在数据库中成为表结构，所述有限状态机数据库模块具有输入和输出通道，输入通道将接受元组信息，所接受的元组信息将自动匹配关系型数据模型内的数据，通过条件机判断后，判断结果将通过有限状态机数据库模块的输出通道输出，所述有限状态机数据处理模块包括状态存储机、状态条件机、状态驱动机和状态切换算法机；

基于关系型数据库的有限状态机，有限状态机数据库模块处理权限使用逻辑，有限状态机数据处理模块处理控制系统技术；

建立条件机，在现代化办公单元内，各个部门的均有独立分工，办公人员将依据所在部门及级别权限划定行动区域，不同的办公人员只能被允许进入特定的工作区域，这种权限分配和使用均借助于关系型数据库，对员工使用权限进行建模，使员工、员工所在部门、员工所属等级、电控门所在部门、电控门开启等级、特殊职能员工、人员识别录入关系型数据库，并建立相互关系，建立以输入量为员工和电控门、输出流为布尔类型的模型，形成了基于关系型数据库的有限状态机，基于关系型数据库的有限状态机中每个状态表示一个员工和对应该员工所允许进入的电控门，建立执行机，执行机负责对权限的维护；

控制系统技术层面，首先建立状态存储机，控制系统从应用程序接收特定的信息，并产生影响它的动作，控制系统使用简单的逻辑条件来实现，然后输出，所有输入条件都有布尔值，输出表示控制系统的状态，前面的每个状态都存储在一个变量中；

建立状态条件机，新的状态取决于前一个状态和输入条件，带输入状态和状态条件的状态切换算法是有限状态机的核心，软件设计在转换矩阵或状态机图下实现；

建立状态驱动机，在有限状态机中设计的电控门制软件被分为连续和离散事件空间，连续空间包含一个连续的数据流，从传感器和执行器发送到传感器和执行器，离散事件空间基于带事件中断的有限状态机，过渡矩阵是一个表，表示观察系统的状态、过渡和事件，当满足特定的输入或函数条件时发生事件，转换矩阵可以涵盖各种形式，状态转换图是在转换矩阵中描述的一种图形表示，电控门应用程序使用以下任务：

（1）输入读取任务：从传感器的信号和位置开关读取创建各种事件；

（2）控制任务：门运动和速度控制；

（3）门禁管理任务：安全功能、门禁管理、硬件控制、诊断、闪存记录；

（4）通讯任务：CAN和串行RS232连接电脑；

（5）门操作员任务：通过CAN通信从命令开关或任何其他操作员生成事件；

建立状态切换算法机，使用改进的运动控制算法，反馈控制由三个参考输入组成，分别来自运动发生器和两个实际测量输入，反馈控制是可调谐的两个参数Kp和Kv，Kv参数影响速度控制的质量，K值也影响速度控制的质量，p参数影响位置控制的质量，这两个参数都会影响系统的控制速度性能，反馈输出表示一个加速度参考，乘以估计的机构的移动质量，乘法结果估计的机制，前馈控制消除了指定不准确的估计机构的运动质量的误差，以及齿轮、轴承和导轨中的任何摩擦，参数h作为低通滤波器性能指标，在速度测量过程中消除噪声，因此该参数有一个小的数字，这取决于测量质量，当参数h设置得太高时，机构开始颤抖，当参数h设置得太低时，机构的响应时间增加，在考虑最优控制响应的基础上，通过实际实验确定了参数h，总参考力是机构的估计力和前馈控制力的总和，电机做旋转运动，所以电机参考扭矩参数，将扭矩转换成力，因为该机制是线性基础上的齿轮和皮带轮，变换计算由传动比和皮带轮半径决定，在控制任务中，状态切换算法机的设计解释如下，在装有线性机构和无刷交流电机的DSP系统上进行实验，设计采用了带有快速控制算法的DSP系统，改进的运动控制机制集成在运动有限状态机中，PC机用于控制设计、控制响应分析和数据测量；

质量是加速度计算所需的一个重要参数，质量根据电机测量的电流计算出来，门在开始时有一个启动周期，门进入末端位置时保持恒定的缓慢速度，电机的电流在门运动开始时增加，电机的最大电流值将保存在内存中，当门的重量增加时，电机的最大电流增加，质量通过测量的最大电机电流和质量常数来计算，通过对电控门应用的实验测量，得到了质量常数，计算出加速度，在电机容量内，状态切换算法机将使用给定的门重量生成参考运动值，保证电控门在状态切换算法机的设定极限内运行；

开始实验，使用较低的推力，加速度、位置和速度是保持恒定，运动发生器计算运动极限给定参数：加速度，速度和位置，状态切换算法机生成运动轮廓；

控制回路同时采用前馈和反馈回路设计，总力是两个循环结果的总和，反馈回路通过线性机构上的负载快速运动消除干扰，为了克服机构摩擦和重力效应，需要前馈回路提供前馈电流以平衡摩擦力，如前，线性机构有两种定位方式，两种定位方式的差别从施力方向看出来，当负载向下移动时，垂直定位机构由于重力对负载的影响，具有较低的摩擦力，由于电机需要克服重力效应和机械摩擦，负载向上移动时摩擦力要大得多，机构处于水平位置时，使摩擦力在两个运动方向上达到平衡，当电控门运动被强行打断时，电控门在正常运行时进入封锁检测，在这种情况下，电控门改变运动方向或停止后，触发一个错误的提示；

状态切换算法机内部整合所需操纵运动动力学信息，适当的监测算法触发电流响应，在相关参数发生变化时，如负载质量的任何变化，状态切换算法机将有关信息输出给状态存储机，及时调整电流，对于特定机构，以运动动力学为基础，调整峰值力大小，将使运动体获得更好运动表现；

基于关系型数据库的有限状态机安全完整的进行权限管理，因内部整合所需操纵运动动力学信息，使运动体获得更好运动表现，减少了电机功耗和机械磨损。

2.根据权利要求1所述的基于关系型数据库的有限状态机，其特征在于：所述状态存储机内存储当前状态和历史状态，当前状态和历史状态基于关系型数据库的约束条件，数据结构采用以元组信息作为状态主体，以属性作为参变量。

3.根据权利要求1所述的基于关系型数据库的有限状态机，其特征在于：所述状态条件机依托状态存储机内存储的信息对有限状态机数据库模块输出通道输出的信息进行判断，所述状态条件机判断的主体为数据结构，对状态主体的参变量进行逻辑运算，然后输出，所

述状态条件机的输出为数据结构，逻辑运算信息保存在数据结构中的参变量中。

4.根据权利要求1所述的基于关系型数据库的有限状态机，其特征在于：所述状态切换算法机对状态条件机的输出信息进行处理，所述状态切换算法机融合包括数学、物理学在内的知识，对状态条件机的输出信息进行数学计算，所述状态条件机的输出为数据结构通过计算得出的结果仍以数据结构形式输出，数据结构中包括计算条件、过程、结果属性。

5.根据权利要求1所述的基于关系型数据库的有限状态机，其特征在于：所述状态驱动机根据状态切换算法机的输出，根据状态切换条件，通过包括递归算法在内的特定算法，得出当前状态经过若干步骤进入下一状态的方法，所述状态驱动机将输出结果到状态存储机

中，所述状态存储机按照状态驱动机的输出结果进行状态切换和保存。