控制软件设计论文

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控制软件设计论文范文第1篇

软件的功能划分为4类：变电站管理、装置程序维护、在线浏览操作、一键归档分析功能。定义上位机调试软件为控制方向，装置侧服务器程序为监视方向。

1、1变电站管理

变电站管理功能按照不同电压等级、间隔名称，分层次多级目录管理若干装置。可新建、打开和关闭变电站工程；支持在人机界面中输入装置地址发起连接请求创建装置；支持装置重命名、排序、复制、粘帖和导入导出等操作。以层次树的资源管理器方式展示变电站结构。装置分离线和在线两种状态，离线模式下可进行数据分析、离线定值设置、主画面编辑等操作，在线模式下可进行程序维护、状态浏览、数据归档收集等操作。

1、2装置程序维护保护测控装置调试软件设计与实现上传配置文件、日志文件等文本。控制方下发需要上装的文件名，监视方打开文件，并分段上传数据，到达文件尾部后给出结束帧标记，控制方将数据存储到文件。上装是下载的反向过程。在程序运行调试过程中，往往需要通过调试相关变量进行状态诊断。在调试上位机程序时，可以使用IDE或gdb等进入调试状态，设置断点并查看变量值。嵌入式装置在运行状态下，监视相关变量时不能随意切换到调试状态，而是将调试变量作为一个实时响应的处理线程。通过调试变量协议，控制方下发需要调试的变量名，装置侧获取相关变量的地址信息和类型后，访问变量地址，读取数据，周期上送变量值，控制方显示实际值。调试变量的关键步骤是获取变量的地址，全局变量可以通过分析编译器形成的map文件获取，对于动态分配的内存，则需通过辅助手段实现。为此制定相关嵌入式程序编程规范，用结构体元件来封装各功能模块数据。元件结构体的内存是动态分配的，编译器在编译时没有为其分配静态地址，map文件里没有这些变量的地址信息。需要在装置启动阶段才能得到变量地址。对于动态分配内存的结构体变量，装置侧提供注册接口，可记录首地址。调试软件根据输入的元件结构体类型名、成员变量名、文件存放路径和CPU字节对齐等信息，对相关的文件进行词法分析和语法分析，进行宏表达式求值，计算出变量在结构体中的偏移量，并下发相对偏移信息。装置侧程序由结构体首地址＋变量的相对偏移地址得到变量的真正地址。调试人员只需输入层次实例名，不需手工计算变量地址，调试软件在计算相对地址时已考虑了各种CPU的字长对齐设置。调试变量的流程如图3所示。可通过查询内存的功能实现一次查看连续区域内存数据。控制方可下发查询起始绝对地址，监视方一次回复若干个字节的内存数据。也支持通过下发变量名的方式查询内存。

1、3在线浏览操作在线浏览的通信协议基于继电保护国际标准规约IEC60870－5－103协议［6］，可以实现不同厂家的设备、后台的交互通信，减少了私有协议转换过程，方便运行管理和维护。其协议结构如图4所示。类结构图如图5所示。在线浏览操作功能包括：装置模拟量开关量实时显示、装置定值整定和比较、可编程逻辑编辑和状态显示、事件查看、动作报告显示、波形文件上传和分析、HMI遥控模拟、信号复归等。通过在线浏览模块，可实时显示装置的状态数据、参看监视报文、分析跳闸逻辑、查看并设置定值、开关分合遥控等操作。其中涉及到遥控、定值整定、报告清除等关键操作，需要输入用户名和密码，进行权限校验。以定值设置整定为例，其报文交互流程如图6所示。

1、4一键归档分析通过一键归档操作，批量上装日志文件、配置文件等文件，自动截取装置当前的断面数据（包括装置模拟量、状态量、定值、报告、用于问题诊断的特定变量等内容），将各分立文件压缩存储为一个数据包。当现场运行的装置出现异常或跳闸动作时，通过一键归档，可自动打包相关数据，并以邮件方式发送到指定邮箱，装置研发人员可离线打开查看分析。

2软件风格设计

2、1基于软件管家模式由于软件功能复杂，采用了模块化设计思想，进行分层、分模块设计，以去除界面、数据、接口之间具体耦合，方便扩充。调试软件由引导主进程和按照功能划分的子进程组成。如图7所示，引导主进程是安装软件的启动程序，提供变电站资源管理器功能，在左侧树形区域点击装置节点时，会在右侧按照模块划分，分类显示相关功能。点击功能图标，传入形参，启动独立的子进程。通过组件化的设计思路，可确保增加一个新的模块时，不会影响已经稳定的模块。基于子进程的软件管家模式，也减少了人机界面的操作复杂度，用户在一个时间段内只需专注于单一图4在线浏览报文协议结构图5在线状态浏览类结构图图3调试变量流程图2《工业控制计算机》2014年第27卷第11期的功能，并可快捷地切换到另一个功能的操作界面。

2、2类浏览器界面风格当各个子进程启动后，为避免顶层窗体过多，采用类似Chrome的界面风格，用标签页管理子进程的界面。对各子进程的界面、颜色进行了统一设计，基于QT－CSS技术，设计了统一的界面风格库，并提供风格设置接口，可设置标签页QTabWid-get、层次树QListTreeWidget、停靠栏QDockWidget等控件的边框、缩进、标题、字体、颜色等内容。类浏览器的界面规范使不同人员开发的子进程在风格上高度统一。

3软件分层设计

除按照主进程－子进程的模块化设计外，单个通信子进程按照分层原则设计，共分为三层，最底层为数据收发层，中间层为数据处理层，最上层为展示层。如图8所示：图8软件分层结构数据收发层的功能是负责从装置接收报文并将数据处理层的报文发送到装置。针对不同类型的装置，该层需要支持串口通信、以太网链路层通信与以太网传输层通信三种通信方式。同时为了保证通信状态的可靠性，数据收发层还支持出错重传及超时重传机制。其中网络通信采用ACE中间件实现，串口通信采用Qt的QExtSearialPort实现。数据处理层是整个系统的主体部分，主要负责报文解析，报文生成，提供接口供展示层调用，实现了业务与操作接口的分离。展示层提供数据的展示与用户交互功能，不涉及具体的业务流程处理。针对不同的数据，展示层提供二维表格、层次树等不同的展示方式，采用Qt的Model－View模式，可高效快速显示刷新数据。展示层还提供个性化的右键菜单、按钮与工具栏。当用户点击某个菜单或按钮时，展示层会调用数据处理层的对应接口，对用户的操作进行处理。

4结果

实现与分析软件主界面如图9所示：左侧为资源管理器，用来管理变电站，变电站下支持新建多个装置。右侧为工作区，用来展示当前活动装置支持的功能。图9软件主界面点击工作区某个功能按钮，主进程将启动相应的子进程。以在线浏览功能为例，图10所示为装置报告查看界面。

5结束语

控制软件设计论文范文第2篇

汽车行使安全问题是日益引起国家、社会关注的重大社会经济问题之1。我国的汽车保有量正在急剧上升，今后若干年中汽车行驶安全问题将会更加尖锐。而汽车制动系统故障又是引发行车事故的主要原因。随着汽车数量的增多和好行驶速度的提高，汽车制动性对保障交通安全尤为重要。为减少道路交通事故，我国有关法规明确规定对在用汽车必须经过定期检测合格后才允许上路行驶，在汽车定期检测中，制动性能被作为判定车辆安全技术状况的主要因素。

因此，利用现代检测技术和先进的技术产品，尽快研制出具有现代先进水平的汽车制动性能检测系统对保障交通安全、保护人民生命财产安全具有重要的意义。文中详细讨论了采用这些技术设计的汽车制动性能检测系统的设计方法。包括检测系统的总体设备配置、硬件布局、工位分配、接口驱动等硬件设计方法；通讯系统设计、控制软件结构、人机界面等软件设计。系统软件共分PC机与单片机两大块，其中：单片机部分软件采用MCS-51汇编语言编写，PC部分采用Microsoft公司的 Microsoft Visual Basic 6.0应用程序开发工具设计的。针对检测数据的实时存储要求，文中也讨论了数据库的设计以及检测软件与数据库的接口设计。

关键词：汽车；制动；检测；PC机；单片机；数据库

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.

控制软件设计论文范文第3篇

论文关键词：实时数据库组态软件，模型，事务调度

 

1 引言

组态的概念是伴随着集散控制系统的出现逐渐被广大的生产过程自动化技术人员所熟识.概念最早来自英文configuration，含义是使用软件工程对计算机软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务满足使用者要求的目的。组态软件就是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式实时数据库组态软件，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

2 实时数据库

2.1组态软件实时数据库结构

实时数据库及其调度系统是组态软件的关键部分，也是设计的难点部分。实时数据库系统处于工控系统各功能模块数据交换的中心位置，在组态系统进入运行环境时，工业现场的生产情况将实时地反映在变量的数值中，操作者用计算机的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库系统为媒介。

3．实时数据库系统设计

3．1 实时数据库的设计思想

3．1．1 实时数据库系统的存储策略

我们采取传统数据库系统、文件系统和内存数据库系统兼用，利用多种存储介质来构造系统的实时数据库系统。采用的存储策略是：①对于需要长期保存的非共享数据(如采样值的数模转换系数、控制组态值等)采用文件管理系统直接存取。②对于数据量大而工控软件无特殊要求的共享数据(如操作者纪录等)，将其存放在外存数据库中。外存数据库采用access数据库，由运行系统通过数据库操作语言(DML)进行存取论文格式模板。③对于每个采样周期都要更新的数据。这样，通过使用外存数据库access数据库)、文管系统和内存数据库(实时数据库)，既保证了

数据的共享性、完整性实时数据库组态软件，又节约了内存，保证了系统的响应速度。

3．1．2 实时数据库系统的分析与设计

实时数据库系统包括实时数据库及其事务调度系统。利用Windows的DLL(动态连接库)和全局共享内存技术来建立系统实时数据库的设计思想，并通过给用户提供一套接口标准----实时数据库系统接口，来实现I／O驱动程序与用户程序和实时数据库系统间的高速数据传递。实时数据库系统应具有以下功能特点：

现场数据采集：实时数据库提供了与典型数据源的接口，读写通讯设备寄存器的现场值，送到开辟的摘要求的用户进程放在服务器上，由实时数据库统一调度管理。

设计方面，我们采用面向对象编程(OOP)的设计技术，将实时数据库定义为类的形式。实时数据库的功能由类的方法和专门的管理程序实现，管理程序负责实时数据库的生成、数据库的查询、数据库的实时更新以及其它任务对实时数据库的实时请求、报警响应等操作。实时数据库类根据系统要求定义了如下功能模块：

实时数据库初始化模块：实时数据库是以数据链表的方式存放在内存中，系统运行之初是按照用户组态好的数据库动态地生成实时数据库类实时数据库组态软件，并将组态数据库域的内容赋给相应实时数据库类对象的属性，完成初始化工作。

基本操作模块：提供数据对象的基本操作，如对数据对象的查找操作，通过数据对象名或ID取得数据对象的其他属性，或通过名称取得数据对象的ID等等。

读写数据操作模块：根据实时数据库类对象的属性调用其相应方法，实现数据对象的读写数据操作，将存放在数据缓冲区的现场值写入实时数据库的数据对象的现场值属性中去，读取数据对象中的当前值。

图形显示链接模块：主要完成实时趋势、动态显示、数据链接功能，使图形显示的变化与数据库对象值的变化相一致。

窗口操作模块：读取用户窗口的名称，对指定的用户窗口进行操作，读取用户窗口的当前状态。

3.1.3实时数据库的事务调度系统

系统投入运行后。同时要进行与DCS数据采集、数据处理、图形显示刷新、历史数据存盘、紧急事件报警或越位报警等事务活动实时数据库组态软件，所有的这些事务都要并行处理，如等待时间太长，则无法满足实时性的要求。这样就要求我们实现一种并行编程。在上位机上，也就是要将CPU时间按照一定的优先准则分配给各个事件．定期处理某一事件而不会在某一事件上处理时间过长。用多线程的编程技术来实现这种并行编程，实时调度各事务．如图2所示。

图2 事实数据库事务调度系统

3.1.3数据模型的建立

实时数据模型由三要素组成：组对象及其结构、组操作和关于对象与操作的约束论文格式模板。实时数据模型的约束则更突出地包括时间限制。组态软件利用系统数据进行判断，更改系统的运行状态，以维护系统正常运行。计算数据则是在利用采集数据、系统数据的基础上，经处理后提到的中间数据（由其他参数间接推出）。数据模型归结为：模拟量、开关量、字符串型三种类型。

下面重点介绍模拟量，模拟量的典型属性有：

（1）采样点标志：控制软件同意编排的采样变量标志符；

（2）采样值：若采用12位A/D转换，2型表0—10mA对应0-4095，3型表0-20mA对应819-4095

（3）工程量：采样数据变换成工程量的系数；

（4）报警限：指定最大最小值实时数据库组态软件，即报警的上、下限；

（5）变化速率限：指定参数变化速率的极限值；

经过对各种不同数据的典型属性的抽象归纳，本文定义了数据库变量统一的存储结构，下面是数据库中的数据模型。

Typedef struct tagTagParam{

Char Name[ name_length];//变量名称

Chardescribe[name_describe];//变量描述

Int index; //变量序号

Unit type;//变量类型

Unit method;//转换方式

Word access; //读写权限

Attr attr;// 变量属性（类型，访问权限，转换方式）

Long minvalue;//最小值

Long maxvalue;//最大值

Double slope;//变换系数（斜率）

Double intercept;//迁移量（截距）

Rtdata rtdata;//实时数据

Void phisdata;//历史数据缓冲区指针

Void address;//报警入口地址

} tagparam;

数据库变量的属性成员（attr）包括下列信息：

（1）变量的数据类型：整数类型、实数类型、布尔类型或字符串类型；

（2）变量的转换方式：不变换、线性变换、平方根变换、逻辑取反变换；

（3）变量的访问权限：只读或读写。

为了节省空间，数据库变量的属性信息由一个位结构存储，其定义如下：

Typedef struct tagattr{

Word type:3//类型

Method 3;// 转换方式

Access 1；//访问权限

Unused 9;// 保留

}attr;

实时数据库以及工程变换则使用联合存储，这样就能满足保存不同类型的数据值的要求。联合的定义如下：

Typedef union tagrtdata{

Long dvalue;

Double fvalue;

Bool bvalue;

}rtdata

4.结束语

实时数据库结构和功能的规划设计是工控组态软件设计的核心，本文在分析实时数据库的应用特点和关键技术的基础上提出了一个具有普遍意义的实时数据库模型及其体系结构。实时数据库技术必将成为一个新的数据库研究方向，有广阔的发展空间。

参考文献

1.马国华监控组态软件及其应用2001

2.殷民.舒坚基于ODBC的CiscoSecure ACS认证数据库的设计与实现[期刊论文]-微计算机信息 2006(22)

3.康一梅嵌入式软件设计2007

4.彭江平.黄万艮c++语言及面向对象程序设计 2004

5.丁伟新型DCS组态软件实时数据库研究与开发 2009

控制软件设计论文范文第4篇

关键词：DSP变频；电源设计；变频电源

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）08-0048-03

1 概述

1.1 问题的提出

电动凿岩机是建筑、水利、采矿等行业的重要设备。相对于传统的凿岩设备，电动凿岩机所具有的突出优点是节省能源，其电能利用率高达50%～60%，而常用气动凿岩机仅为10%，此外，电动凿岩机还有噪声低、工作面空气新鲜、无废气污染等优点，极大的改善了劳动条件。但目前使用的电动凿岩机也有明显缺点：对同样硬度的岩石，它的转速只有气动凿岩机的50%～60%。目前大多数电动设备直接使用交流工频电源（50HZ），不能随着工作环境（岩石硬度、钻孔孔径、深度）改变输出转矩、转速，因此工作效率较低。为此，本文采用德州仪器公司的TMS320C2407DSP处理器设计一种新型的5KVA单相正弦波变频电源，通过输出可程控的交流电压，改变电动设备的输出转矩和转速。进而提高工作效率，改善电动设备的工作性能。

1.2 国内外研究现状

变频技术是国内外研究的一个热点。其原因一是由于市场需求。近年来，随着自动化技术程度的发展成熟和能源短缺问题日益突出，变频技术越来越得到重视，并广泛地应用。二是功率器件的发展。近年来各种高电压、大电流的功率器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使先进变频器的生产成为现实。三是现代控制理论和集成电子技术的发展。矢量控制、模糊控制等新的控制理论及神经网络技术为高性能的变频器研制提供了理论基础，而高速微处理器以及专用集成电路技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件平台。

目前国外的变频技术研究，以法、意、德、日等国领先。在大功率变频调速方面，法国的阿尔斯通公司、意大利的ABB公司分别研制出单机容量达数万千瓦的电气传动设备。在中功率变频调速技术方面，德国的西门子公司研制出的SimovertA电流型晶闸管变频调速设备和SimovertPGTOPWM变频调速设备，己实现全数字化控制；在小功率交流变频调速技术方面，日本的富士BJT变频器、IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。

国内研究方面，从总体上看我国变频调速的技术水平较国际先进水平有较大差距。目前在大功率交——交、无换向器电机等变频技术方面，国内虽有部分单位可研制生产，但在数字化程度及系统可靠性等方面还有待改进。对程控变频电源的理论和实践研究取得的成绩，可查主要有：王小薇、程永华对于基于DSP双环控制的逆变电源设计研究；余功军、钟彦儒、杨耕对IGBT变频器死区时间的补偿策略研究；程永华、杨成林、徐德鸿对于基于DSP变压变频电源设计研究；程曙、徐国卿、许哲雄对SPWM逆变器死区效应分析研究；赵勇对基于IGBT大功率变频电源的研究；李锋对基于DSP的SPWM变压变频电源的研究等。

同时由于目前我国采用的半导体功率器件和DSP等器件依然严重依赖进口，使得变频器的制造成本居高不下，无法形成有竞争力的产业，也是影响我国变频技术发展的一个主要原因。

2 基于DSP的新型单相正弦波变频电源设计

2.1 设计思路

本文以美国德州仪器公司的TMS320C2407DSP处理器为核心设计了一种新型的5KVA单相正弦波变频电源。通过输出不同频率、电压的电源信号，对异步电机的转速、转矩进行控制。从而实现了电动凿岩设备针对不同岩体提高钻孔效率的目的。该不安品电源的硬件部分主要由主电路、保护电路、控制电路等部分组成。主电路包括整流、滤波、逆变器、驱动电路等；保护电路包括过压欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等；控制电路则主要包括DSP控制电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等。在软件方面，考虑到SVPWM控制算法比较适合于数字控制系统，本文编制了基于SVPWM控制算法的控制软件。经过工作现场试验结果表明，该系统可以在30—300Hz范围内均匀调速，在不同的负载情况下，具有较好的稳定性和较强的抗干扰能力。

2.2 硬件系统结构

本文设计变频电源的硬件系统以Tl公司的TMS320LF2407A型DSP为控制芯片，由主电路、保护电路、控制电路等组成，其原理结构图如图1。

图1 硬件系统原理结构图

其中主电路包括整流、滤波、逆变器驱动电路等组成。其工作原理是把单相交流电通过整流模块变为直流电，整流后的脉动电压再经过滤波电容平滑后成为稳定的直流电压。再由逆变电路对该直流电压进行斩波，形成电压和频率可调的单相交流电提供给异步电机。由于IPM是IGBT的功率集成电路，需要有专门的驱动电路，本文采用调压电路把电压抬高到15伏来进行驱动。系统保护电路包括过压、欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等。控制电路包括DSP控制电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等。

2.3 整流和滤波电路

整流和滤波电路属于主电路的一部分，其结构图如图2所示。工作时，220V的交流电源经过四个二极管的全波整流，变为直流，其中电解电容C1为整流滤波电容，电阻R1为放电电阻，在断电情况下为C1提供放电回路，同时也为逆变器负载和直流电源之间的无功功率提供缓冲。

图2 整流和滤波电路

2.4 逆变电路设计

（a）逆变电路结构原理图（b）输出方波信号波形图

图3

本文即采用的是电压型逆变电路。因为本文设计变频电源主要应用在电动凿岩设备上的。所以我们采用的是单相全桥逆变电路。图3为单相电压桥式逆变电路的结构原理图及输出波形图。全控型开关器件T1和T4构成一对桥臂，T2和T3构成一对桥臂，T1和T4同时通、断；T2和T3同时通、断。T1（T4）与T2（T3）的驱动信号互补，即T1和T4有驱动信号时，T2和T3无驱动信号，反之亦然，两对桥臂各交替导通180°。从而得到需要的变频电压信号。

由于本变频电源主要应用电动凿岩设备方面，即一般情况下均是在在阻感负载下工作。因此在0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号，由于电流i0为负值，T1和T4不导通，D1、D4导通起负载电流续流作用，u0=+Ud。θ≤ωt≤π期间，i0为正值，T1和T4才导通。π≤ωt≤π+θ期间，T2和T3有驱动信号，由于电流i0为负值，T2、T3不导通，D2、D3导通起负载电流续流作用，u0=-Ud。π+θ≤ωt≤2π期间，T2和T3才导通

2.5 电平转换设计

由于DSPTMS320LF2407是低功耗芯片，必须采用3.3V供电，与驱动主电路的电平不匹配，易引起事故，损坏芯片。故本实用新型设计中包含了电平转换设计。本文采用的驱动芯片M57959L本身具备隔离输入作用，因此在电平转换设计中不必要增设隔离电路。本实用新型采用I/O直接输出转换设计。

图4 采用M57959L的电平转换驱动电路

2.6 软件部分设计

控制算法的软件化为交流调速系统控制算法的选择、复用提供了方便。本设计基于TMS320LF2407A事件管理器，采用DSP自带的汇编语言编写软件CCS进行编写，系统的软件设计可简单分为两个部分：一个是系统的初始化模块，另一个是控制算法模块。其中初始化只在系统上电时执行一次，而控制算法模块包括SVPWM的生成，速度反馈信号的采样和处理等。系统的整在程序初始化之后进入主循环程序，DSP产生SVPWM使电机开始运行。其调用的频率与PWM的输出频率一致。系统软件流程图如图5所示。

3 应用实验及展望

本文所设计制作的5KVA单相正弦波变频电源，可输出30～300HZ交流电压。所制作的样品在湘西同力机械公司、武陵电化总厂金属包装厂经过多次实验表明，应用本文设计变频电源控制异步电动机工作时，在不同频率、不同负载情况下，输出转速和转矩可基本实现实时控制，具有较好的工作稳定性和抗干扰能力。

未来，将从两方面对本设计进行改进，一是将改进硬件结构设计，逐步增大电源容量；二是改进软件算法设计，实现变频电源的最优实时控制。

图5 系统软件流程图

参考文献

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计[J].电力电子技术，2004，38（3）.

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参数选择[J].电力机车技术，1999，（2）：12-14.

[3] 余功军，钟彦儒，杨耕一种IGBT变频器死区时间

的补偿策略[J].电力电子技术，1997，（4）：7-9.

[4] 程永华，杨成林，徐德鸿.基于DSP变压变频电源

设计[J].电力电子技术，2003，37（5）.

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析[J].电力系统及其自动化学报，2002，14

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[6] 陈国呈.电压型PWM逆变器的波形失真及其补偿

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大学硕士论文，2006.

[10] 王鹏.基于单片机控制的车载高频链逆变电源的

研制[D].河北工业大学硕士论文，2007.

[11] 李锋.基于DSP的SPWM变压变频电源的设计

[D].湖南大学硕士论文，2008.

控制软件设计论文范文第5篇

关键词:远程监测;实验室;平台;硬件设备

TheApplicationResearchontheLaboratoryPlatformofLong-distanceMonitoringSystem

OUYANGHeJia

InformationCenter;theChildren''''sHospital;ChongqingMedicalUniversity400014

Abstract:basedondescribingtheformofstructuralremotemonitoringsystem,thelaboratoryprototypeofremotemonitoringsystemisdesigned,andthedistributedlong-distancehealthmonitoringsystemwithdifferenttypesofsensorsandtransmissionformsisconstructedwhichprovidesalaboratoryplatformfortheoreticalstudiesofstructuralmonitoringsystem.

Keywords:long-distancemonitoring;Laboratory;platform;hardwareequipment

引言

随着计算机网络技术和通信技术的发展,特别是Internet技术的发展,信息高速公路的开通,推动了远程诊断技术的产生与广泛应用。远程监测系统实际上是一个通过计算机网络或专用通信设备连接起来的一个分布式监测与集中型诊断系统,它可以同时将多个对象的监测数据集中到远程监测诊断中心进行统一管理、控制和诊断。远程传输从总体上来说有:C/S(Client/Server客户端/服务器)结构、B/S(Browser/Server浏览器/服务器)结构以及面向Agent的CORBA技术[1]。

1.远程监测系统的结构形式[1]:文中阐述了远程监测系统中计算机网络或专用通信设备连接设备和技术;

远程监测系统基于集中式在线监测系统和分布式在线监测系统,采用若干台中心计算机作为损伤诊断服务器,在结构关键位置上建立状态观测点,通过在观测点上永久安装的传感器获取结构的实时状态信息,经过信号预处理、A/D转换后输入本地监测计算机,然后对信号进行处理,实现连续实时地采集结构状态数据,而在技术力量较强的科研院所、大学建立远程分析诊断中心,为结构提供远程技术支持和保障,通过网络将观测点连接成一个复杂的监测网,任何一个监测系统都可以提出请求服务的要求,在异地的诊断服务中心接到请求服务的信息后,可以提供各种服务,并返回诊断结果。同时,远程服务中心也可以从网上直接获取目前各观测点的结构状态信号、历史数据以及本地诊断的结果,从而形成一个完整的监测系统。一旦出现本地系统不能处理的现象,可以在短时间内调动互连网内的所有诊断资源,实现对结构的早期损伤诊断和及时维修,使结构安全使用。

远程监测系统主要由作为监测对象的结构、传感检测子系统、实现在线监测的局域网子系统、Internet和远程监测中心子系统组成,其系统功能结构如图1所示。

传感检测子系统的工作主要是由各种各样的传感器、变送器和采集设备完成,也称为数据采集子系统。

本地监测与损伤诊断子系统通过实时监测模块将各监测点采集处理单元采集的最底层结构对象实时工作状态信息写入状态检测数据库,并在屏幕上显示工程结构的实时可视化状况,对损伤状况进行预警。同时,若在本地无法识别损伤状况时,则向远程损伤诊断中心发出求救请求,将实时信息转换成能够被远程损伤诊断中心识别的信号并存储到数据库服务器,通过Internet将信息传输到远程诊断中心,寻求诊断方案,将远程诊断的结果存储到数据库服务器,并更新本地监测显示[2]。

远程监测和损伤诊断中心主要由知识库、数据库、推理模块、知识库管理系统和机器学习模块组成。推理模块是远程监测和损伤诊断系统的核心,主要完成由损伤现象寻找损伤原因、判断损伤程度和损伤类型的过程,采用模糊反向推理算法、神经网络算法或基于小波分析算法等实现多种有效的推理。知识库包括规则库、概念库和图形库是远程诊断系统的知识部分。随着结构健康监测系统的运行将可能出现原有的知识库中没有的新的状况,知识库管理和机器学习则不断地修正和更新知识库,从而完善原有的知识库。

随着监测对象向巨型化、复杂化发展,对监测系统需要布设的观测点越来越多,产生的中间数据和状况评估数据也越来越多,而且有些数据需要多次使用,这样,为了使数据能够充分共享,不产生冗余,应用数据库管理系统对数据进行规范化统一管理是必要的,在数据库管理系统中,将健康监测系统的数据类型进行分类管理,分别建立对应的数据库,如实时采集数据库、评估系统数据库、工程模型数据库、评估结果数据库等,可以将这些数据库集中在一台数据库服务器中。当监测系统很大时,也可以将这些数据库分布在网络的各个地方,形成分布式数据库,通过网络共享。分布式数据库是建立在客户机/服务器基础上的,目前很多数据库系统都支持C/S服务,如SQLServer2000、Oracle、Sybase、DB2等商业数据库软件。分布式数据库可以采用多层数据库技术来实现。

2.实验室原型系统设计

实验室原型试验平台就是应用于工程实践环节的中间平台。在实验室进行试验时经常会进行一些尝试性的试验,如果全部采用高灵敏度设备,试验的投入就要大大增加,为了节约成本,又能达到试验平台的功能目的,通常在试验平台系统中加入了简易设备系统,在满足要求的基础上达到最佳性价比。

2.1系统总体结构

通常而言,监测系统总结构由不同的子结构部分组成。以常见的结构监测为例,它的实验室试验平台主要由电源、激振器、传感器网络、数据采集和数据处理、数据存储和数据分析、试验结果和试验过程网络几个部分组成。为了加强仪器设备的管理,为分散独立的仪器设备设计了专门的机柜,它们通常为不间断电源UPS的电池柜、数据采集系统柜、数据库服务器柜和WEB服务器柜[2][3]。

2.2子系统功能

电源模块为试验平台各个组成部分提供电源,当试验过程突然断电时启动UPS电源,保证试验的顺利完成。

数据采集系统柜为获取得到所需要监测数据的设备仪器系统,并解调为数字信号,存储到解调器的存储区,同时也可以将采集数据通过通信传输到数据库服务中心。

数据库服务器存储整个采集系统的数据、经过处理和计算的数据以及诊断分析结果。

WEB服务器主要是试验平台的相关信息,例如试验的整个过程和试验的分析结果。2.3试验平台网络结构

系统进行复杂的结构监测分析时,就需要安装足够的数据采集设备,在大量数据采集的情况下,如果将采集的数据集中到一台机器上收集和处理,就会出现瓶颈现象,使集中式处理机由于负载过重不仅不能将现场数据实时传输到处理中心,也容易使系统崩溃,因此,建议在试验平台中,采用了分布式数据采集和分布式数据处理与分析的构架,将电致采集的任务分配到多个工作站上,对监测数据采集分配在一个工作站上。

2.4试验原型系统各子系统的实现

试验原型系统各子系统由模型实验台进行模拟，以结构监测实验平台为例，模型试验台包括两个放置结构试验物理模型的台面，一个方便移动试验模型的葫芦吊，两个激振器。以及两套与激振器相配套的功率放大器。

电源模块为试验平台各个组成部分提供电源，配有不间断电源，并对每个机柜采用独立空气开关控制，试验时可以自由配置试验资源。该系统包括动态信号测试系统所需的信号调理器、直流电压放大器、抗混滤波器、A/D转换器、缓冲存储器以及采样控制和计算机通讯的全部硬件，而且提供了充分考虑用户方便操作本系统所需的控制软件及分析软件，是以计算机为基础、智能化的动态信号测试分析系统。当该系统需要的采集通道或者是采集信号的类型不够时，可以进行扩展，扩展可以在本台计算机上进行，也可以将采集任务分布到多台计算机上，多台计算机之间可以通过以太网连接扩展的多台计算机。一台计算机可控制N个模块，每个模块M个通道，则每台计算机最多可控制128个通道，能满足多通道、高精度、高速动态信号的测量需求，多台计算机控制的系统可由同步采样时钟控制同步采样，通过以太网将各计算机系统相连接，由网络控制软件模块进行全系统的集中操作控制及数据的统一处理，从而构成多计算机并行同步数据采集系统。根据需要进行扩展后的系统可以对应变应力、压力、扭矩、荷重、温度、位移、速度和加速度等物理量进行自动、准确、可靠的动态测试和分析。

数据采集模块主要完成同步采样、前置放大、模数转换、数据存储和DDS频率合成功能，模块具有1394接口和自定义并口接口扩展。采集模块的AD转换器为16位，瞬时采样频率从100Hz到100KHz可切换。连续采样的最高采样频率要根据系统所扩展的通道数而定，在应用中要注意最高采样频率的设置。

同时，在工程监测系统中，结构信号的采集和处理，也就是硬件是实现监测的前提条件，但是单由硬件不能构成一个完整的健康监测系统，和硬件系统同样重要的是软件系统，两者构成一个完整的监测系统，两者的性能都影响着整个系统的性能，所以软件设计的方法和功能对系统的整体性能有很大的影响。实验室试验平台的软件系统由数据采集和数据处理模块、外激励系统的数据采集和数据处理模块、结构监测和数据处理评估模块、网络模块四个模块组成。通过在已有硬件的基础上，将各软件模块集成为一个有机的整体，从而实现对工程结构运行状况的自动监测。

2.5网络模块

不仅实验室成员可以查看试验平台监测试验的实时工作状况,还将试验模型的实时工作状态传送到局域网或Internet上,其它用户可以通过Web浏览方式访问实验室的试验情况。这项功能由数据库服务器和Web服务器完成。试验平台开发了自身Web服务器,可以将实验室的模型试验进行远程。

Web的有两种方式,一种是与常用的网络一样,在Web服务器设计过程中编写具体模型试验需要被访问的数据网页,该网页可以由多个有关联的网页组成,网页的数据来源于数据采集、分析处理、诊断分析和评估数据存放到数据库的数据。另一种方式就是应用美国国家仪器有限公司开发的在测量系统中应用广泛的开发平台LabView软件平台,在该软件平台上开发的用户软件,可以通过该软件的一个特殊功能,将模型试验的整个过程到网络服务器上,这种网络方式还是需要构架实验室的Web服务器,但是不需要编写很多网页,只要将被访问的软件模块在LabView的环境中即可,其它可以通过用户软件的事件响应实现实时访问。

3.结论

本文研究了结构智能监测系统实验室试验平台各组成部分,建立了由不同类型传感器、不同传输方式组成的远程分布式健康监测系统,不仅为结构监测系统的理论研究提供实验平台,还为结构监测系统的推广应用提供实践依据。

参考文献:

[1]李宏男李东升.土木工程结构安全性评估、健康监测诊断述评.中国科技论文在线。