控制軟件設計論文

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控制軟件設計論文范文第1篇

軟件的功能劃分為4類：變電站管理、裝置程序維護、在線瀏覽操作、一鍵歸檔分析功能。定義上位機調試軟件為控制方向，裝置側服務器程序為監視方向。

1、1變電站管理

變電站管理功能按照不同電壓等級、間隔名稱，分層次多級目錄管理若干裝置。可新建、打開和關閉變電站工程；支持在人機界面中輸入裝置地址發起連接請求創建裝置；支持裝置重命名、排序、復制、粘帖和導入導出等操作。以層次樹的資源管理器方式展示變電站結構。裝置分離線和在線兩種狀態，離線模式下可進行數據分析、離線定值設置、主畫面編輯等操作，在線模式下可進行程序維護、狀態瀏覽、數據歸檔收集等操作。

1、2裝置程序維護保護測控裝置調試軟件設計與實現上傳配置文件、日志文件等文本。控制方下發需要上裝的文件名，監視方打開文件，并分段上傳數據，到達文件尾部后給出結束幀標記，控制方將數據存儲到文件。上裝是下載的反向過程。在程序運行調試過程中，往往需要通過調試相關變量進行狀態診斷。在調試上位機程序時，可以使用IDE或gdb等進入調試狀態，設置斷點并查看變量值。嵌入式裝置在運行狀態下，監視相關變量時不能隨意切換到調試狀態，而是將調試變量作為一個實時響應的處理線程。通過調試變量協議，控制方下發需要調試的變量名，裝置側獲取相關變量的地址信息和類型后，訪問變量地址，讀取數據，周期上送變量值，控制方顯示實際值。調試變量的關鍵步驟是獲取變量的地址，全局變量可以通過分析編譯器形成的map文件獲取，對于動態分配的內存，則需通過輔助手段實現。為此制定相關嵌入式程序編程規范，用結構體元件來封裝各功能模塊數據。元件結構體的內存是動態分配的，編譯器在編譯時沒有為其分配靜態地址，map文件里沒有這些變量的地址信息。需要在裝置啟動階段才能得到變量地址。對于動態分配內存的結構體變量，裝置側提供注冊接口，可記錄首地址。調試軟件根據輸入的元件結構體類型名、成員變量名、文件存放路徑和CPU字節對齊等信息，對相關的文件進行詞法分析和語法分析，進行宏表達式求值，計算出變量在結構體中的偏移量，并下發相對偏移信息。裝置側程序由結構體首地址＋變量的相對偏移地址得到變量的真正地址。調試人員只需輸入層次實例名，不需手工計算變量地址，調試軟件在計算相對地址時已考慮了各種CPU的字長對齊設置。調試變量的流程如圖3所示。可通過查詢內存的功能實現一次查看連續區域內存數據。控制方可下發查詢起始絕對地址，監視方一次回復若干個字節的內存數據。也支持通過下發變量名的方式查詢內存。

1、3在線瀏覽操作在線瀏覽的通信協議基于繼電保護國際標準規約IEC60870－5－103協議［6］，可以實現不同廠家的設備、后臺的交互通信，減少了私有協議轉換過程，方便運行管理和維護。其協議結構如圖4所示。類結構圖如圖5所示。在線瀏覽操作功能包括：裝置模擬量開關量實時顯示、裝置定值整定和比較、可編程邏輯編輯和狀態顯示、事件查看、動作報告顯示、波形文件上傳和分析、HMI遙控模擬、信號復歸等。通過在線瀏覽模塊，可實時顯示裝置的狀態數據、參看監視報文、分析跳閘邏輯、查看并設置定值、開關分合遙控等操作。其中涉及到遙控、定值整定、報告清除等關鍵操作，需要輸入用戶名和密碼，進行權限校驗。以定值設置整定為例，其報文交互流程如圖6所示。

1、4一鍵歸檔分析通過一鍵歸檔操作，批量上裝日志文件、配置文件等文件，自動截取裝置當前的斷面數據（包括裝置模擬量、狀態量、定值、報告、用于問題診斷的特定變量等內容），將各分立文件壓縮存儲為一個數據包。當現場運行的裝置出現異常或跳閘動作時，通過一鍵歸檔，可自動打包相關數據，并以郵件方式發送到指定郵箱，裝置研發人員可離線打開查看分析。

2軟件風格設計

2、1基于軟件管家模式由于軟件功能復雜，采用了模塊化設計思想，進行分層、分模塊設計，以去除界面、數據、接口之間具體耦合，方便擴充。調試軟件由引導主進程和按照功能劃分的子進程組成。如圖7所示，引導主進程是安裝軟件的啟動程序，提供變電站資源管理器功能，在左側樹形區域點擊裝置節點時，會在右側按照模塊劃分，分類顯示相關功能。點擊功能圖標，傳入形參，啟動獨立的子進程。通過組件化的設計思路，可確保增加一個新的模塊時，不會影響已經穩定的模塊。基于子進程的軟件管家模式，也減少了人機界面的操作復雜度，用戶在一個時間段內只需專注于單一圖4在線瀏覽報文協議結構圖5在線狀態瀏覽類結構圖圖3調試變量流程圖2《工業控制計算機》2014年第27卷第11期的功能，并可快捷地切換到另一個功能的操作界面。

2、2類瀏覽器界面風格當各個子進程啟動后，為避免頂層窗體過多，采用類似Chrome的界面風格，用標簽頁管理子進程的界面。對各子進程的界面、顏色進行了統一設計，基于QT－CSS技術，設計了統一的界面風格庫，并提供風格設置接口，可設置標簽頁QTabWid-get、層次樹QListTreeWidget、停靠欄QDockWidget等控件的邊框、縮進、標題、字體、顏色等內容。類瀏覽器的界面規范使不同人員開發的子進程在風格上高度統一。

3軟件分層設計

除按照主進程－子進程的模塊化設計外，單個通信子進程按照分層原則設計，共分為三層，最底層為數據收發層，中間層為數據處理層，最上層為展示層。如圖8所示：圖8軟件分層結構數據收發層的功能是負責從裝置接收報文并將數據處理層的報文發送到裝置。針對不同類型的裝置，該層需要支持串口通信、以太網鏈路層通信與以太網傳輸層通信三種通信方式。同時為了保證通信狀態的可靠性，數據收發層還支持出錯重傳及超時重傳機制。其中網絡通信采用ACE中間件實現，串口通信采用Qt的QExtSearialPort實現。數據處理層是整個系統的主體部分，主要負責報文解析，報文生成，提供接口供展示層調用，實現了業務與操作接口的分離。展示層提供數據的展示與用戶交互功能，不涉及具體的業務流程處理。針對不同的數據，展示層提供二維表格、層次樹等不同的展示方式，采用Qt的Model－View模式，可高效快速顯示刷新數據。展示層還提供個性化的右鍵菜單、按鈕與工具欄。當用戶點擊某個菜單或按鈕時，展示層會調用數據處理層的對應接口，對用戶的操作進行處理。

4結果

實現與分析軟件主界面如圖9所示：左側為資源管理器，用來管理變電站，變電站下支持新建多個裝置。右側為工作區，用來展示當前活動裝置支持的功能。圖9軟件主界面點擊工作區某個功能按鈕，主進程將啟動相應的子進程。以在線瀏覽功能為例，圖10所示為裝置報告查看界面。

5結束語

控制軟件設計論文范文第2篇

汽車行使安全問題是日益引起國家、社會關注的重大社會經濟問題之1。我國的汽車保有量正在急劇上升，今后若干年中汽車行駛安全問題將會更加尖銳。而汽車制動系統故障又是引發行車事故的主要原因。隨著汽車數量的增多和好行駛速度的提高，汽車制動性對保障交通安全尤為重要。為減少道路交通事故，我國有關法規明確規定對在用汽車必須經過定期檢測合格后才允許上路行駛，在汽車定期檢測中，制動性能被作為判定車輛安全技術狀況的主要因素。

因此，利用現代檢測技術和先進的技術產品，盡快研制出具有現代先進水平的汽車制動性能檢測系統對保障交通安全、保護人民生命財產安全具有重要的意義。文中詳細討論了采用這些技術設計的汽車制動性能檢測系統的設計方法。包括檢測系統的總體設備配置、硬件布局、工位分配、接口驅動等硬件設計方法；通訊系統設計、控制軟件結構、人機界面等軟件設計。系統軟件共分PC機與單片機兩大塊，其中：單片機部分軟件采用MCS-51匯編語言編寫，PC部分采用Microsoft公司的 Microsoft Visual Basic 6.0應用程序開發工具設計的。針對檢測數據的實時存儲要求，文中也討論了數據庫的設計以及檢測軟件與數據庫的接口設計。

關鍵詞：汽車；制動；檢測；PC機；單片機；數據庫

Abstract

Safety of automobile driving is an increasingly serious economic problem that society puts emphasis on. The present quantity of automobile in our country is increasing rapidly, which makes safety of automobile driving an even more urgent problem. According to statistic, among the traffic accidents caused by automobile breakdown, braking breakdown causes most. Automobile braking performance has become more important while the present quantity and the speed of automobile are increasing. In order to reduce traffic accidents, some rules of law have definitely stated that automobiles must get regular test before their driving. And during the regular test automotive braking performance is one of the key factors that determine automobile safety technical condition.

Therefore, it is of great importance to design and research advanced automobile brake performance test system by the application of technical of the research of modern test system and advanced product. Including hardware design methods such as the equipment of the whole test system, the layout of hardware, sections allocation, signal amplifier. Software design methods such as communication system, control software architecture, the interface between people and machines, etc. In the system, the part of SCM is compiled with the language of MCS-51, and the software for master-control is compiled with the application tool, Microsoft Visual Basic 6.0 of Microsoft Company. According to the real-time save requirement of data, the design of database and the interface design of the database and the inspection software are also discussed.

控制軟件設計論文范文第3篇

論文關鍵詞：實時數據庫組態軟件，模型，事務調度

 

1 引言

組態的概念是伴隨著集散控制系統的出現逐漸被廣大的生產過程自動化技術人員所熟識.概念最早來自英文configuration，含義是使用軟件工程對計算機軟件的各種資源進行配置，達到使計算機或軟件按照預先設置，自動執行特定任務滿足使用者要求的目的。組態軟件就是指一些數據采集與過程控制的專用軟件。它們是在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式實時數據庫組態軟件，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。

2 實時數據庫

2.1組態軟件實時數據庫結構

實時數據庫及其調度系統是組態軟件的關鍵部分，也是設計的難點部分。實時數據庫系統處于工控系統各功能模塊數據交換的中心位置，在組態系統進入運行環境時，工業現場的生產情況將實時地反映在變量的數值中，操作者用計算機的指令也要迅速送達生產現場，所有這一切都是以實時數據庫系統為媒介。

3．實時數據庫系統設計

3．1 實時數據庫的設計思想

3．1．1 實時數據庫系統的存儲策略

我們采取傳統數據庫系統、文件系統和內存數據庫系統兼用，利用多種存儲介質來構造系統的實時數據庫系統。采用的存儲策略是：①對于需要長期保存的非共享數據(如采樣值的數模轉換系數、控制組態值等)采用文件管理系統直接存取。②對于數據量大而工控軟件無特殊要求的共享數據(如操作者紀錄等)，將其存放在外存數據庫中。外存數據庫采用access數據庫，由運行系統通過數據庫操作語言(DML)進行存取論文格式模板。③對于每個采樣周期都要更新的數據。這樣，通過使用外存數據庫access數據庫)、文管系統和內存數據庫(實時數據庫)，既保證了

數據的共享性、完整性實時數據庫組態軟件，又節約了內存，保證了系統的響應速度。

3．1．2 實時數據庫系統的分析與設計

實時數據庫系統包括實時數據庫及其事務調度系統。利用Windows的DLL(動態連接庫)和全局共享內存技術來建立系統實時數據庫的設計思想，并通過給用戶提供一套接口標準----實時數據庫系統接口，來實現I／O驅動程序與用戶程序和實時數據庫系統間的高速數據傳遞。實時數據庫系統應具有以下功能特點：

現場數據采集：實時數據庫提供了與典型數據源的接口，讀寫通訊設備寄存器的現場值，送到開辟的摘要求的用戶進程放在服務器上，由實時數據庫統一調度管理。

設計方面，我們采用面向對象編程(OOP)的設計技術，將實時數據庫定義為類的形式。實時數據庫的功能由類的方法和專門的管理程序實現，管理程序負責實時數據庫的生成、數據庫的查詢、數據庫的實時更新以及其它任務對實時數據庫的實時請求、報警響應等操作。實時數據庫類根據系統要求定義了如下功能模塊：

實時數據庫初始化模塊：實時數據庫是以數據鏈表的方式存放在內存中，系統運行之初是按照用戶組態好的數據庫動態地生成實時數據庫類實時數據庫組態軟件，并將組態數據庫域的內容賦給相應實時數據庫類對象的屬性，完成初始化工作。

基本操作模塊：提供數據對象的基本操作，如對數據對象的查找操作，通過數據對象名或ID取得數據對象的其他屬性，或通過名稱取得數據對象的ID等等。

讀寫數據操作模塊：根據實時數據庫類對象的屬性調用其相應方法，實現數據對象的讀寫數據操作，將存放在數據緩沖區的現場值寫入實時數據庫的數據對象的現場值屬性中去，讀取數據對象中的當前值。

圖形顯示鏈接模塊：主要完成實時趨勢、動態顯示、數據鏈接功能，使圖形顯示的變化與數據庫對象值的變化相一致。

窗口操作模塊：讀取用戶窗口的名稱，對指定的用戶窗口進行操作，讀取用戶窗口的當前狀態。

3.1.3實時數據庫的事務調度系統

系統投入運行后。同時要進行與DCS數據采集、數據處理、圖形顯示刷新、歷史數據存盤、緊急事件報警或越位報警等事務活動實時數據庫組態軟件，所有的這些事務都要并行處理，如等待時間太長，則無法滿足實時性的要求。這樣就要求我們實現一種并行編程。在上位機上，也就是要將CPU時間按照一定的優先準則分配給各個事件．定期處理某一事件而不會在某一事件上處理時間過長。用多線程的編程技術來實現這種并行編程，實時調度各事務．如圖2所示。

圖2 事實數據庫事務調度系統

3.1.3數據模型的建立

實時數據模型由三要素組成：組對象及其結構、組操作和關于對象與操作的約束論文格式模板。實時數據模型的約束則更突出地包括時間限制。組態軟件利用系統數據進行判斷，更改系統的運行狀態，以維護系統正常運行。計算數據則是在利用采集數據、系統數據的基礎上，經處理后提到的中間數據（由其他參數間接推出）。數據模型歸結為：模擬量、開關量、字符串型三種類型。

下面重點介紹模擬量，模擬量的典型屬性有：

（1）采樣點標志：控制軟件同意編排的采樣變量標志符；

（2）采樣值：若采用12位A/D轉換，2型表0—10mA對應0-4095，3型表0-20mA對應819-4095

（3）工程量：采樣數據變換成工程量的系數；

（4）報警限：指定最大最小值實時數據庫組態軟件，即報警的上、下限；

（5）變化速率限：指定參數變化速率的極限值；

經過對各種不同數據的典型屬性的抽象歸納，本文定義了數據庫變量統一的存儲結構，下面是數據庫中的數據模型。

Typedef struct tagTagParam{

Char Name[ name_length];//變量名稱

Chardescribe[name_describe];//變量描述

Int index; //變量序號

Unit type;//變量類型

Unit method;//轉換方式

Word access; //讀寫權限

Attr attr;// 變量屬性（類型，訪問權限，轉換方式）

Long minvalue;//最小值

Long maxvalue;//最大值

Double slope;//變換系數（斜率）

Double intercept;//遷移量（截距）

Rtdata rtdata;//實時數據

Void phisdata;//歷史數據緩沖區指針

Void address;//報警入口地址

} tagparam;

數據庫變量的屬性成員（attr）包括下列信息：

（1）變量的數據類型：整數類型、實數類型、布爾類型或字符串類型；

（2）變量的轉換方式：不變換、線性變換、平方根變換、邏輯取反變換；

（3）變量的訪問權限：只讀或讀寫。

為了節省空間，數據庫變量的屬性信息由一個位結構存儲，其定義如下：

Typedef struct tagattr{

Word type:3//類型

Method 3;// 轉換方式

Access 1；//訪問權限

Unused 9;// 保留

}attr;

實時數據庫以及工程變換則使用聯合存儲，這樣就能滿足保存不同類型的數據值的要求。聯合的定義如下：

Typedef union tagrtdata{

Long dvalue;

Double fvalue;

Bool bvalue;

}rtdata

4.結束語

實時數據庫結構和功能的規劃設計是工控組態軟件設計的核心，本文在分析實時數據庫的應用特點和關鍵技術的基礎上提出了一個具有普遍意義的實時數據庫模型及其體系結構。實時數據庫技術必將成為一個新的數據庫研究方向，有廣闊的發展空間。

參考文獻

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5.丁偉新型DCS組態軟件實時數據庫研究與開發 2009

控制軟件設計論文范文第4篇

關鍵詞：DSP變頻；電源設計；變頻電源

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）08-0048-03

1 概述

1.1 問題的提出

電動鑿巖機是建筑、水利、采礦等行業的重要設備。相對于傳統的鑿巖設備，電動鑿巖機所具有的突出優點是節省能源，其電能利用率高達50%～60%，而常用氣動鑿巖機僅為10%，此外，電動鑿巖機還有噪聲低、工作面空氣新鮮、無廢氣污染等優點，極大的改善了勞動條件。但目前使用的電動鑿巖機也有明顯缺點：對同樣硬度的巖石，它的轉速只有氣動鑿巖機的50%～60%。目前大多數電動設備直接使用交流工頻電源（50HZ），不能隨著工作環境（巖石硬度、鉆孔孔徑、深度）改變輸出轉矩、轉速，因此工作效率較低。為此，本文采用德州儀器公司的TMS320C2407DSP處理器設計一種新型的5KVA單相正弦波變頻電源，通過輸出可程控的交流電壓，改變電動設備的輸出轉矩和轉速。進而提高工作效率，改善電動設備的工作性能。

1.2 國內外研究現狀

變頻技術是國內外研究的一個熱點。其原因一是由于市場需求。近年來，隨著自動化技術程度的發展成熟和能源短缺問題日益突出，變頻技術越來越得到重視，并廣泛地應用。二是功率器件的發展。近年來各種高電壓、大電流的功率器件的生產以及并聯、串聯技術的發展應用，使先進變頻器的生產成為現實。三是現代控制理論和集成電子技術的發展。矢量控制、模糊控制等新的控制理論及神經網絡技術為高性能的變頻器研制提供了理論基礎，而高速微處理器以及專用集成電路技術的快速發展，為實現變頻器高精度、多功能提供了硬件平臺。

目前國外的變頻技術研究，以法、意、德、日等國領先。在大功率變頻調速方面，法國的阿爾斯通公司、意大利的ABB公司分別研制出單機容量達數萬千瓦的電氣傳動設備。在中功率變頻調速技術方面，德國的西門子公司研制出的SimovertA電流型晶閘管變頻調速設備和SimovertPGTOPWM變頻調速設備，己實現全數字化控制；在小功率交流變頻調速技術方面，日本的富士BJT變頻器、IGBT變頻器已形成系列產品，其控制系統也已實現全數字化。

國內研究方面，從總體上看我國變頻調速的技術水平較國際先進水平有較大差距。目前在大功率交——交、無換向器電機等變頻技術方面，國內雖有部分單位可研制生產，但在數字化程度及系統可靠性等方面還有待改進。對程控變頻電源的理論和實踐研究取得的成績，可查主要有：王小薇、程永華對于基于DSP雙環控制的逆變電源設計研究；余功軍、鐘彥儒、楊耕對IGBT變頻器死區時間的補償策略研究；程永華、楊成林、徐德鴻對于基于DSP變壓變頻電源設計研究；程曙、徐國卿、許哲雄對SPWM逆變器死區效應分析研究；趙勇對基于IGBT大功率變頻電源的研究；李鋒對基于DSP的SPWM變壓變頻電源的研究等。

同時由于目前我國采用的半導體功率器件和DSP等器件依然嚴重依賴進口，使得變頻器的制造成本居高不下，無法形成有競爭力的產業，也是影響我國變頻技術發展的一個主要原因。

2 基于DSP的新型單相正弦波變頻電源設計

2.1 設計思路

本文以美國德州儀器公司的TMS320C2407DSP處理器為核心設計了一種新型的5KVA單相正弦波變頻電源。通過輸出不同頻率、電壓的電源信號，對異步電機的轉速、轉矩進行控制。從而實現了電動鑿巖設備針對不同巖體提高鉆孔效率的目的。該不安品電源的硬件部分主要由主電路、保護電路、控制電路等部分組成。主電路包括整流、濾波、逆變器、驅動電路等；保護電路包括過壓欠壓保護、限流啟動、IPM故障保護、過流保護等；控制電路則主要包括DSP控制電路、PWM信號發生電路、A/D、D/A轉換電路等。在軟件方面，考慮到SVPWM控制算法比較適合于數字控制系統，本文編制了基于SVPWM控制算法的控制軟件。經過工作現場試驗結果表明，該系統可以在30—300Hz范圍內均勻調速，在不同的負載情況下，具有較好的穩定性和較強的抗干擾能力。

2.2 硬件系統結構

本文設計變頻電源的硬件系統以Tl公司的TMS320LF2407A型DSP為控制芯片，由主電路、保護電路、控制電路等組成，其原理結構圖如圖1。

圖1 硬件系統原理結構圖

其中主電路包括整流、濾波、逆變器驅動電路等組成。其工作原理是把單相交流電通過整流模塊變為直流電，整流后的脈動電壓再經過濾波電容平滑后成為穩定的直流電壓。再由逆變電路對該直流電壓進行斬波，形成電壓和頻率可調的單相交流電提供給異步電機。由于IPM是IGBT的功率集成電路，需要有專門的驅動電路，本文采用調壓電路把電壓抬高到15伏來進行驅動。系統保護電路包括過壓、欠壓保護、限流啟動、IPM故障保護、過流保護等。控制電路包括DSP控制電路、PWM信號發生電路、A/D、D/A轉換電路等。

2.3 整流和濾波電路

整流和濾波電路屬于主電路的一部分，其結構圖如圖2所示。工作時，220V的交流電源經過四個二極管的全波整流，變為直流，其中電解電容C1為整流濾波電容，電阻R1為放電電阻，在斷電情況下為C1提供放電回路，同時也為逆變器負載和直流電源之間的無功功率提供緩沖。

圖2 整流和濾波電路

2.4 逆變電路設計

（a）逆變電路結構原理圖（b）輸出方波信號波形圖

圖3

本文即采用的是電壓型逆變電路。因為本文設計變頻電源主要應用在電動鑿巖設備上的。所以我們采用的是單相全橋逆變電路。圖3為單相電壓橋式逆變電路的結構原理圖及輸出波形圖。全控型開關器件T1和T4構成一對橋臂，T2和T3構成一對橋臂，T1和T4同時通、斷；T2和T3同時通、斷。T1（T4）與T2（T3）的驅動信號互補，即T1和T4有驅動信號時，T2和T3無驅動信號，反之亦然，兩對橋臂各交替導通180°。從而得到需要的變頻電壓信號。

由于本變頻電源主要應用電動鑿巖設備方面，即一般情況下均是在在阻感負載下工作。因此在0≤θ≤ωt期間，T1和T4有驅動信號，由于電流i0為負值，T1和T4不導通，D1、D4導通起負載電流續流作用，u0=+Ud。θ≤ωt≤π期間，i0為正值，T1和T4才導通。π≤ωt≤π+θ期間，T2和T3有驅動信號，由于電流i0為負值，T2、T3不導通，D2、D3導通起負載電流續流作用，u0=-Ud。π+θ≤ωt≤2π期間，T2和T3才導通

2.5 電平轉換設計

由于DSPTMS320LF2407是低功耗芯片，必須采用3.3V供電，與驅動主電路的電平不匹配，易引起事故，損壞芯片。故本實用新型設計中包含了電平轉換設計。本文采用的驅動芯片M57959L本身具備隔離輸入作用，因此在電平轉換設計中不必要增設隔離電路。本實用新型采用I/O直接輸出轉換設計。

圖4 采用M57959L的電平轉換驅動電路

2.6 軟件部分設計

控制算法的軟件化為交流調速系統控制算法的選擇、復用提供了方便。本設計基于TMS320LF2407A事件管理器，采用DSP自帶的匯編語言編寫軟件CCS進行編寫，系統的軟件設計可簡單分為兩個部分：一個是系統的初始化模塊，另一個是控制算法模塊。其中初始化只在系統上電時執行一次，而控制算法模塊包括SVPWM的生成，速度反饋信號的采樣和處理等。系統的整在程序初始化之后進入主循環程序，DSP產生SVPWM使電機開始運行。其調用的頻率與PWM的輸出頻率一致。系統軟件流程圖如圖5所示。

3 應用實驗及展望

本文所設計制作的5KVA單相正弦波變頻電源，可輸出30～300HZ交流電壓。所制作的樣品在湘西同力機械公司、武陵電化總廠金屬包裝廠經過多次實驗表明，應用本文設計變頻電源控制異步電動機工作時，在不同頻率、不同負載情況下，輸出轉速和轉矩可基本實現實時控制，具有較好的工作穩定性和抗干擾能力。

未來，將從兩方面對本設計進行改進，一是將改進硬件結構設計，逐步增大電源容量；二是改進軟件算法設計，實現變頻電源的最優實時控制。

圖5 系統軟件流程圖

參考文獻

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控制軟件設計論文范文第5篇

關鍵詞:遠程監測;實驗室;平臺;硬件設備

TheApplicationResearchontheLaboratoryPlatformofLong-distanceMonitoringSystem

OUYANGHeJia

InformationCenter;theChildren''''sHospital;ChongqingMedicalUniversity400014

Abstract:basedondescribingtheformofstructuralremotemonitoringsystem,thelaboratoryprototypeofremotemonitoringsystemisdesigned,andthedistributedlong-distancehealthmonitoringsystemwithdifferenttypesofsensorsandtransmissionformsisconstructedwhichprovidesalaboratoryplatformfortheoreticalstudiesofstructuralmonitoringsystem.

Keywords:long-distancemonitoring;Laboratory;platform;hardwareequipment

引言

隨著計算機網絡技術和通信技術的發展,特別是Internet技術的發展,信息高速公路的開通,推動了遠程診斷技術的產生與廣泛應用。遠程監測系統實際上是一個通過計算機網絡或專用通信設備連接起來的一個分布式監測與集中型診斷系統,它可以同時將多個對象的監測數據集中到遠程監測診斷中心進行統一管理、控制和診斷。遠程傳輸從總體上來說有:C/S(Client/Server客戶端/服務器)結構、B/S(Browser/Server瀏覽器/服務器)結構以及面向Agent的CORBA技術[1]。

1.遠程監測系統的結構形式[1]:文中闡述了遠程監測系統中計算機網絡或專用通信設備連接設備和技術;

遠程監測系統基于集中式在線監測系統和分布式在線監測系統,采用若干臺中心計算機作為損傷診斷服務器,在結構關鍵位置上建立狀態觀測點,通過在觀測點上永久安裝的傳感器獲取結構的實時狀態信息,經過信號預處理、A/D轉換后輸入本地監測計算機,然后對信號進行處理,實現連續實時地采集結構狀態數據,而在技術力量較強的科研院所、大學建立遠程分析診斷中心,為結構提供遠程技術支持和保障,通過網絡將觀測點連接成一個復雜的監測網,任何一個監測系統都可以提出請求服務的要求,在異地的診斷服務中心接到請求服務的信息后,可以提供各種服務,并返回診斷結果。同時,遠程服務中心也可以從網上直接獲取目前各觀測點的結構狀態信號、歷史數據以及本地診斷的結果,從而形成一個完整的監測系統。一旦出現本地系統不能處理的現象,可以在短時間內調動互連網內的所有診斷資源,實現對結構的早期損傷診斷和及時維修,使結構安全使用。

遠程監測系統主要由作為監測對象的結構、傳感檢測子系統、實現在線監測的局域網子系統、Internet和遠程監測中心子系統組成,其系統功能結構如圖1所示。

傳感檢測子系統的工作主要是由各種各樣的傳感器、變送器和采集設備完成,也稱為數據采集子系統。

本地監測與損傷診斷子系統通過實時監測模塊將各監測點采集處理單元采集的最底層結構對象實時工作狀態信息寫入狀態檢測數據庫,并在屏幕上顯示工程結構的實時可視化狀況,對損傷狀況進行預警。同時,若在本地無法識別損傷狀況時,則向遠程損傷診斷中心發出求救請求,將實時信息轉換成能夠被遠程損傷診斷中心識別的信號并存儲到數據庫服務器,通過Internet將信息傳輸到遠程診斷中心,尋求診斷方案,將遠程診斷的結果存儲到數據庫服務器,并更新本地監測顯示[2]。

遠程監測和損傷診斷中心主要由知識庫、數據庫、推理模塊、知識庫管理系統和機器學習模塊組成。推理模塊是遠程監測和損傷診斷系統的核心,主要完成由損傷現象尋找損傷原因、判斷損傷程度和損傷類型的過程,采用模糊反向推理算法、神經網絡算法或基于小波分析算法等實現多種有效的推理。知識庫包括規則庫、概念庫和圖形庫是遠程診斷系統的知識部分。隨著結構健康監測系統的運行將可能出現原有的知識庫中沒有的新的狀況,知識庫管理和機器學習則不斷地修正和更新知識庫,從而完善原有的知識庫。

隨著監測對象向巨型化、復雜化發展,對監測系統需要布設的觀測點越來越多,產生的中間數據和狀況評估數據也越來越多,而且有些數據需要多次使用,這樣,為了使數據能夠充分共享,不產生冗余,應用數據庫管理系統對數據進行規范化統一管理是必要的,在數據庫管理系統中,將健康監測系統的數據類型進行分類管理,分別建立對應的數據庫,如實時采集數據庫、評估系統數據庫、工程模型數據庫、評估結果數據庫等,可以將這些數據庫集中在一臺數據庫服務器中。當監測系統很大時,也可以將這些數據庫分布在網絡的各個地方,形成分布式數據庫,通過網絡共享。分布式數據庫是建立在客戶機/服務器基礎上的,目前很多數據庫系統都支持C/S服務,如SQLServer2000、Oracle、Sybase、DB2等商業數據庫軟件。分布式數據庫可以采用多層數據庫技術來實現。

2.實驗室原型系統設計

實驗室原型試驗平臺就是應用于工程實踐環節的中間平臺。在實驗室進行試驗時經常會進行一些嘗試性的試驗,如果全部采用高靈敏度設備,試驗的投入就要大大增加,為了節約成本,又能達到試驗平臺的功能目的,通常在試驗平臺系統中加入了簡易設備系統,在滿足要求的基礎上達到最佳性價比。

2.1系統總體結構

通常而言,監測系統總結構由不同的子結構部分組成。以常見的結構監測為例,它的實驗室試驗平臺主要由電源、激振器、傳感器網絡、數據采集和數據處理、數據存儲和數據分析、試驗結果和試驗過程網絡幾個部分組成。為了加強儀器設備的管理,為分散獨立的儀器設備設計了專門的機柜,它們通常為不間斷電源UPS的電池柜、數據采集系統柜、數據庫服務器柜和WEB服務器柜[2][3]。

2.2子系統功能

電源模塊為試驗平臺各個組成部分提供電源,當試驗過程突然斷電時啟動UPS電源,保證試驗的順利完成。

數據采集系統柜為獲取得到所需要監測數據的設備儀器系統,并解調為數字信號,存儲到解調器的存儲區,同時也可以將采集數據通過通信傳輸到數據庫服務中心。

數據庫服務器存儲整個采集系統的數據、經過處理和計算的數據以及診斷分析結果。

WEB服務器主要是試驗平臺的相關信息,例如試驗的整個過程和試驗的分析結果。2.3試驗平臺網絡結構

系統進行復雜的結構監測分析時,就需要安裝足夠的數據采集設備,在大量數據采集的情況下,如果將采集的數據集中到一臺機器上收集和處理,就會出現瓶頸現象,使集中式處理機由于負載過重不僅不能將現場數據實時傳輸到處理中心,也容易使系統崩潰,因此,建議在試驗平臺中,采用了分布式數據采集和分布式數據處理與分析的構架,將電致采集的任務分配到多個工作站上,對監測數據采集分配在一個工作站上。

2.4試驗原型系統各子系統的實現

試驗原型系統各子系統由模型實驗臺進行模擬，以結構監測實驗平臺為例，模型試驗臺包括兩個放置結構試驗物理模型的臺面，一個方便移動試驗模型的葫蘆吊，兩個激振器。以及兩套與激振器相配套的功率放大器。

電源模塊為試驗平臺各個組成部分提供電源，配有不間斷電源，并對每個機柜采用獨立空氣開關控制，試驗時可以自由配置試驗資源。該系統包括動態信號測試系統所需的信號調理器、直流電壓放大器、抗混濾波器、A/D轉換器、緩沖存儲器以及采樣控制和計算機通訊的全部硬件，而且提供了充分考慮用戶方便操作本系統所需的控制軟件及分析軟件，是以計算機為基礎、智能化的動態信號測試分析系統。當該系統需要的采集通道或者是采集信號的類型不夠時，可以進行擴展，擴展可以在本臺計算機上進行，也可以將采集任務分布到多臺計算機上，多臺計算機之間可以通過以太網連接擴展的多臺計算機。一臺計算機可控制N個模塊，每個模塊M個通道，則每臺計算機最多可控制128個通道，能滿足多通道、高精度、高速動態信號的測量需求，多臺計算機控制的系統可由同步采樣時鐘控制同步采樣，通過以太網將各計算機系統相連接，由網絡控制軟件模塊進行全系統的集中操作控制及數據的統一處理，從而構成多計算機并行同步數據采集系統。根據需要進行擴展后的系統可以對應變應力、壓力、扭矩、荷重、溫度、位移、速度和加速度等物理量進行自動、準確、可靠的動態測試和分析。

數據采集模塊主要完成同步采樣、前置放大、模數轉換、數據存儲和DDS頻率合成功能，模塊具有1394接口和自定義并口接口擴展。采集模塊的AD轉換器為16位，瞬時采樣頻率從100Hz到100KHz可切換。連續采樣的最高采樣頻率要根據系統所擴展的通道數而定，在應用中要注意最高采樣頻率的設置。

同時，在工程監測系統中，結構信號的采集和處理，也就是硬件是實現監測的前提條件，但是單由硬件不能構成一個完整的健康監測系統，和硬件系統同樣重要的是軟件系統，兩者構成一個完整的監測系統，兩者的性能都影響著整個系統的性能，所以軟件設計的方法和功能對系統的整體性能有很大的影響。實驗室試驗平臺的軟件系統由數據采集和數據處理模塊、外激勵系統的數據采集和數據處理模塊、結構監測和數據處理評估模塊、網絡模塊四個模塊組成。通過在已有硬件的基礎上，將各軟件模塊集成為一個有機的整體，從而實現對工程結構運行狀況的自動監測。

2.5網絡模塊

不僅實驗室成員可以查看試驗平臺監測試驗的實時工作狀況,還將試驗模型的實時工作狀態傳送到局域網或Internet上,其它用戶可以通過Web瀏覽方式訪問實驗室的試驗情況。這項功能由數據庫服務器和Web服務器完成。試驗平臺開發了自身Web服務器,可以將實驗室的模型試驗進行遠程。

Web的有兩種方式,一種是與常用的網絡一樣,在Web服務器設計過程中編寫具體模型試驗需要被訪問的數據網頁,該網頁可以由多個有關聯的網頁組成,網頁的數據來源于數據采集、分析處理、診斷分析和評估數據存放到數據庫的數據。另一種方式就是應用美國國家儀器有限公司開發的在測量系統中應用廣泛的開發平臺LabView軟件平臺,在該軟件平臺上開發的用戶軟件,可以通過該軟件的一個特殊功能,將模型試驗的整個過程到網絡服務器上,這種網絡方式還是需要構架實驗室的Web服務器,但是不需要編寫很多網頁,只要將被訪問的軟件模塊在LabView的環境中即可,其它可以通過用戶軟件的事件響應實現實時訪問。

3.結論

本文研究了結構智能監測系統實驗室試驗平臺各組成部分,建立了由不同類型傳感器、不同傳輸方式組成的遠程分布式健康監測系統,不僅為結構監測系統的理論研究提供實驗平臺,還為結構監測系統的推廣應用提供實踐依據。

參考文獻:

[1]李宏男李東升.土木工程結構安全性評估、健康監測診斷述評.中國科技論文在線。