本文通過(guò)“工控組態(tài)軟件”項目的開(kāi)發(fā)，著(zhù)重討論實(shí)時(shí)系統與信息系統的集成。近年來(lái)，國內外的組態(tài)軟件取得了很大的發(fā)展，已廣泛應用于企業(yè)生產(chǎn)。組態(tài)軟件以實(shí)時(shí)數據庫作為核心技術(shù)，綜合了工控、網(wǎng)絡(luò )、圖形處理與數據下面是小編為大家整理的控制軟件設計論文【五篇】,供大家參考。
控制軟件設計論文范文第1篇
【摘要】
本文通過(guò)“工控組態(tài)軟件”項目的開(kāi)發(fā)，著(zhù)重討論實(shí)時(shí)系統與信息系統的集成。近年來(lái)，國內外的組態(tài)軟件取得了很大的發(fā)展，已廣泛應用于企業(yè)生產(chǎn)。組態(tài)軟件以實(shí)時(shí)數據庫作為核心技術(shù)，綜合了工控、網(wǎng)絡(luò )、圖形處理與數據庫訪(fǎng)問(wèn)接口等技術(shù)，是技術(shù)含量較高的一類(lèi)軟件產(chǎn)品，具有良好的應用前景和市場(chǎng)潛力，因此，有多家信息技術(shù)公司都在開(kāi)發(fā)工業(yè)組態(tài)軟件。
我有幸參與了該項目，在該項目中擔當了分析與設計的部分任務(wù)，該軟件采用Windows 2000操作系統，主要采用VC6.0進(jìn)行開(kāi)發(fā)。以下本文將從我所開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件的特征、軟件的體系結構設計、實(shí)時(shí)數據庫設計、可擴充性與可維護性設計以及項目實(shí)施管理等幾方面加以論述。
【正文】
工業(yè)控制組態(tài)軟件在工業(yè)界有著(zhù)相當廣泛的應用，此類(lèi)軟件允許用戶(hù)在圖形界面下對控制系統的各種采樣點(diǎn)、過(guò)程輸出點(diǎn)、設備、生產(chǎn)車(chē)間、控制回路、文件報警、生產(chǎn)報表、控制策略、網(wǎng)絡(luò )設備和生產(chǎn)工藝畫(huà)面進(jìn)行定義與組態(tài)。使用該類(lèi)軟件時(shí)，用戶(hù)甚至可以不寫(xiě)一行程序就能夠構成自己的控制系統，有些功能強大的組態(tài)軟件還可提供與網(wǎng)絡(luò )、Internet、數據庫訪(fǎng)問(wèn)接口等的連接功能，使現場(chǎng)控制系統能相對方便地和企業(yè)的信息管理系統加以集成，某信息技術(shù)公司決定開(kāi)發(fā)新的具有一定通用性的工業(yè)組態(tài)軟件，作為技術(shù)骨干，我在該項目中擔當了分析與設計的部分任務(wù)，該軟件采用了Windows 2000操作系統，主要采用VC6.0進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
本文將從我們所開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件的基本特征、軟件的體系結構設計、實(shí)時(shí)數據庫設計、可擴充性與可維護性設計以及項目實(shí)施管理等幾方面加以論述。
l. 我所從事開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件的基本特征
通過(guò)分析國內外的組態(tài)軟件的特點(diǎn)和當前的技術(shù)發(fā)展情況，我認為我們著(zhù)手開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件應當突出下述三個(gè)特征：
（1）“實(shí)時(shí)與可靠”是此類(lèi)軟件賴(lài)以生存的應用前提，但是目前還是有很多的組態(tài)軟件做不到這一點(diǎn)。
（2）具備良好的網(wǎng)絡(luò )連網(wǎng)能力與分布功能。
（3）有效地采用ODBC（開(kāi)放的數據庫連接），便于和其他信息系統集成。
這個(gè)項目在技術(shù)上，應著(zhù)重于組態(tài)軟件的體系結構設計與實(shí)時(shí)數據庫的設計上需求分析則應著(zhù)重分析國內外同類(lèi)軟件的功能，通過(guò)比較與鑒別，才能產(chǎn)生真正優(yōu)秀的軟件。
2. 組態(tài)軟件的系統體系結構
本軟件采用的是三層體系結構，設計結構時(shí)要具有開(kāi)放性和良好的可擴充性。
（1）軟件的底層是硬件訪(fǎng)問(wèn)控制層。這一層所采用的是前幾年才推出來(lái)的OPC（OLE for Process Control）技術(shù)，采用該技術(shù)的好處是OPC是微軟參與制定的標準接口技術(shù)，有眾多的硬件廠(chǎng)商支持，所采用的OLE技術(shù)使軟件具有良好的適應性和擴展能力。
（2）中間層是實(shí)時(shí)數據庫。該層是整個(gè)系統的核心，在設計上除了具有一般實(shí)時(shí)數據庫具有的特性之外，應當為應用層提供了兩類(lèi)接口：一是應用編程接口A(yíng)PI（比如以DLL的方式實(shí)現），二是ODBC接口，該接口使系統具有很好的開(kāi)放性，便于系統集成。
（3）上層是應用程序層。在該層通過(guò)ODBC接口訪(fǎng)問(wèn)實(shí)時(shí)數據庫，可以通過(guò)SQL語(yǔ)句查詢(xún)數據庫的數據。
3、本項目涉及到實(shí)時(shí)數據庫設計
在設計時(shí)，我們著(zhù)重考慮了以下的四個(gè)方面：
（1）實(shí)時(shí)數據庫的基本功能：實(shí)時(shí)數據庫完成實(shí)時(shí)數據庫的采集、輸出、報警文件等的管理，也進(jìn)行歷史數據的管理。
（2）實(shí)時(shí)性設計：由于本系統所采用的操作系統是Windows 2000．它的實(shí)時(shí)性較差，因此要求任務(wù)管理定時(shí)器必須具有良好的實(shí)時(shí)性，在系統設計時(shí)，我們采用了搶占式服務(wù)的高精度定時(shí)器，在一定程度上保證了系統具有良好的實(shí)時(shí)性。
（3）任務(wù)調度：其目標主要是使系統在各時(shí)間段達到較理想的負荷任務(wù)的均衡性。
（4）ODBC接口設計：即開(kāi)發(fā)相應的驅動(dòng)程序，實(shí)現ODBC功能，使之完全遵守SQL約定，這樣能允許應用程序的開(kāi)發(fā)手段和開(kāi)發(fā)工具多樣化，允許可以采用VC、VB或Delphi等作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，也使數據庫具有很好的開(kāi)放性。但SQL語(yǔ)句不能實(shí)現數據發(fā)生時(shí)間方面的選擇，影響了實(shí)時(shí)性，因此，系統自動(dòng)給每個(gè)數據庫加上時(shí)戳，SQL可以通過(guò)時(shí)戳進(jìn)行時(shí)間控制來(lái)選擇（讀?。祿?，從而滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)性方面的基本要求。
4. 本系統的可擴充性與可維護性設計
組態(tài)軟件綜合了多種技術(shù)，其體系結構與數據結構都較為復雜，再加上我們又希望能適應的實(shí)際應用場(chǎng)景有著(zhù)復雜多變性，因此要求系統必須具有良好的可擴展性與對維護性，以滿(mǎn)足功能與性能上不斷變化的要求。在系統的設計技術(shù)上，我們大量地采用組件技術(shù)，如OPC，COM/DCOM與3D圖形控件等，組件技術(shù)的采用使系統具有了良好的可擴展性與可維護性，降低了系統的復雜度。而且也使我們較方便地獲得第三方支持，例如，請經(jīng)驗豐富的圖形處理專(zhuān)家編寫(xiě)圖形處理控件，就能加快軟件開(kāi)發(fā)的進(jìn)度。
5. 本項目中軟件項目實(shí)施和管理
組態(tài)軟件的需求在當前工業(yè)控制領(lǐng)域中是較成熟的，基本能滿(mǎn)足一般用戶(hù)的功能上需求，通過(guò)比較多家組態(tài)軟件，可以發(fā)現：在它們之間有80％的功能是相同的或雷同的，由于我們項目開(kāi)發(fā)的起步較晚，在自控領(lǐng)域里，我們處于劣勢，因此我們提出了“重技術(shù)分析，輕需求分析”的思路，即把重點(diǎn)放在組件設計與體系結構的實(shí)現上。
在人員的配備上則根據組態(tài)軟件的技術(shù)組成特點(diǎn)，組織一批在自控、網(wǎng)絡(luò )、組件、實(shí)時(shí)系統設計和硬件上各有所長(cháng)的VC高手組成一支精干高效的隊伍。
在開(kāi)發(fā)進(jìn)度上則反復強調“質(zhì)量第一，進(jìn)度第二”的原則。
在我們的項目實(shí)施中，可靠性作為設計的首要原則，要求項目組成員養成良好的編程習慣，每天必須完成認真的工作日志，每周要寫(xiě)工作總結，完成一段程序代碼之后，即應自己先進(jìn)行從里到外的測試，只有從基礎抓起，才能保證組態(tài)軟件的質(zhì)量。
通過(guò)本項目的開(kāi)發(fā)成功，我深切地體會(huì )到要使組態(tài)軟件在企業(yè)實(shí)時(shí)控制與信息系統集成中發(fā)揮其應有的作用，必須注意以下各點(diǎn)：先進(jìn)的體系結構；
支持ODBC的實(shí)時(shí)數據庫；
強大的網(wǎng)絡(luò )功能；
功能日益強大的腳本語(yǔ)言等。我期待著(zhù)本人通過(guò)在這個(gè)領(lǐng)域中的辛勤耕耘，將會(huì )結出更多更豐碩的IT成果。
評注：
控制軟件設計論文范文第2篇
【關(guān)鍵詞】模糊PID控制；
MATLAB仿真
1.引言
在傳統的控制方法中，PID控制憑借其算法簡(jiǎn)單、精度高、可靠性強、技術(shù)成熟、應用廣泛的優(yōu)點(diǎn)脫穎而出，占據了工業(yè)控制系統80%以上的份額；
然而隨著(zhù)現代控制系統越來(lái)越復雜，精度要求也越來(lái)越高，傳統、單一的控制策略已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足設計性能的要求，同時(shí)，隨著(zhù)電子技術(shù)和計算機的發(fā)展，各種新興的智能算法也不斷涌現，將傳統算法和智能算法相結合，成為現代控制系統策略選擇的趨勢。作為智能控制中最重要且最有效的手段之一的模糊控制，在應對復雜系統的非線(xiàn)性和時(shí)變特征時(shí)有著(zhù)較好的表現，因此越來(lái)越多的被應用到工程實(shí)踐中，并已取得了不俗的成績(jì)。本文介紹的是基于傳統的PID控制和現代控制理論中的智能模糊控制相結合的一種控制方法，用MATLAB&Simulink軟件和模糊邏輯工具箱設計控制系統結構模型，并通過(guò)仿真結果證明該控制方法具有更優(yōu)的性能。
2.PID模糊控制系統的結構
3.利用MATLAB&Simulink軟件進(jìn)行控制仿真
基于現代控制理論的模糊控制，內容比較抽象，理論性較強，比較枯燥。另外，模糊控制是模糊集合理論、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機控制，它處理的問(wèn)題可能難以靠解析求解，需要采用復雜的數值計算方法，采用軟件編程，不僅工作量大，而且過(guò)程繁雜，大大制約了控制方法的性能驗證和工程實(shí)現。
MATLAB&simulink是MathWorks公司推出的當今國際控制界最為流行的面向工程和科學(xué)計算的高級語(yǔ)言，是公認的最為靈活和有效的仿真軟件。而且隨著(zhù)智能控制的迅速推廣應用，MathWorks公司已經(jīng)添加了智能邏輯控制工具箱，其中包括模糊控制工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制箱等熱門(mén)工具。模糊邏輯工具箱提供了一套用于構造模糊控制系統的圖形用戶(hù)界面，條理清晰，一目了然。在當前絕大多數實(shí)驗室沒(méi)有硬件設備和實(shí)驗手段進(jìn)行模糊控制實(shí)驗的情況下，選用MATLAB軟件進(jìn)行仿真是比較合理的選擇。
4.仿真過(guò)程解析
在用MATLAB軟件進(jìn)行仿真的過(guò)程中，以下方面需要考慮：
5.仿真結果
6.結束語(yǔ)
PID控制與智能控制相結合的控制方式在自動(dòng)控制領(lǐng)域正不斷的發(fā)展，本文引入MATLAB仿真來(lái)解決大多數實(shí)驗室沒(méi)有硬件設備和實(shí)驗手段進(jìn)行模糊PID控制實(shí)驗的現狀，結果表明此方法能大大縮短編程和設計工作量，所設計的仿真系統通用性強，能非常形象和直觀(guān)的看到輸入和輸出的對應關(guān)系，與常規PID控制對比，模糊PID控制顯示出了其優(yōu)越性，可以預計，MATLAB仿真在智能控制算法驗證和復雜的非線(xiàn)性控制系統設計上將會(huì )有越來(lái)越廣泛的應用。
參考文獻
[1]王先來(lái).模糊PID控制器的設計研究[D].天津:天津大學(xué)碩士論文,2005.
[2]聞新,周露等.Matlab模糊邏輯工具箱的分析與應用[M].北京:科學(xué)出版社,2002.
[3]章衛國,楊向忠.模糊控制理論與應用[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社.
控制軟件設計論文范文第3篇
關(guān)鍵詞：工控軟件；
課程建設；
實(shí)踐環(huán)節；
考核體系
作者簡(jiǎn)介：黃艷巖（1979-），女，江蘇漣水人，中國計量學(xué)院機電工程學(xué)院，講師；
許素安（1975-），女，浙江富陽(yáng)人，中國計量學(xué)院機電工程學(xué)院，副教授。（浙江?杭州?310018）
基金項目：本文系中國計量學(xué)院2010年校重點(diǎn)課程建設的研究成果。
中圖分類(lèi)號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）22-0058-02
“工控軟件及其應用”是中國計量學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我?！保┳詣?dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎選修課程，共40學(xué)時(shí)，含課內實(shí)驗16學(xué)時(shí)。該課程主要介紹監控組態(tài)軟件及其發(fā)展、監控組態(tài)軟件的圖形界面及其生成系統、實(shí)時(shí)數據庫、監控組態(tài)軟件的I/O設備驅動(dòng)、監控組態(tài)軟件的網(wǎng)絡(luò )體系和通信功能和監控組態(tài)軟件與第三方軟件的通信功方式、監控組態(tài)軟件的控制功能和監控組態(tài)軟件應用等。
本課程使學(xué)生掌握工控軟件的功能、組成體系、使用方法及其在自動(dòng)控制系統設計中的應用；
培養學(xué)生具有按實(shí)驗指導書(shū)進(jìn)行設計、調試、實(shí)驗和分析實(shí)驗結果的能力；
通過(guò)實(shí)驗培養學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴謹的工作作風(fēng)；
為學(xué)生學(xué)習專(zhuān)業(yè)課程和進(jìn)行后續課程設計、畢業(yè)設計打下扎實(shí)的基礎。
一、“工控軟件及其應用”課程教學(xué)存在的問(wèn)題
“工控軟件及其應用”是一門(mén)實(shí)踐性較強的課程，包含許多工控理論知識和軟硬件產(chǎn)品知識。目前的教學(xué)方法比較傳統，以教師為中心、課堂講授為主，講授內容與工程實(shí)際應用聯(lián)系不夠緊密，限制了學(xué)生學(xué)習主動(dòng)性和積極性的發(fā)揮，不利于學(xué)生對課程的理解和學(xué)生能力的培養。課程的實(shí)驗教學(xué)學(xué)時(shí)安排較少，相對于理論教學(xué)處于從屬地位，且實(shí)驗模式比較單一、內容較為固定，多為傳統的驗證性實(shí)驗，缺乏綜合性、設計性實(shí)驗內容；
未能將理論和實(shí)踐有機地融合，造成學(xué)生在學(xué)習理論知識時(shí)感到枯燥，而到實(shí)踐操作時(shí)又會(huì )感到無(wú)從下手，學(xué)習效果差強人意。
二、“工控軟件及其應用”課程建設的主要內容與措施
“工控軟件及其應用”課程獲批我校2010年重點(diǎn)課程建設項目。圍繞教學(xué)過(guò)程存在的問(wèn)題，本文從以下幾點(diǎn)詳細介紹課程建設的主要內容與措施，包括：教師隊伍建設、改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段、實(shí)踐環(huán)節建設和考核體系改革。
1.教師隊伍建設
一支高素質(zhì)結構合理的教師隊伍能夠保持教學(xué)的高質(zhì)量和長(cháng)期穩定性。在隊伍結構方面，以老帶新，職稱(chēng)高、經(jīng)驗豐富的老教師對青年教師進(jìn)行指導，幫助他們提供業(yè)務(wù)能力和科研能力。在業(yè)務(wù)能力方面，青年教師首先必須擔任課程的輔導教師，接受教學(xué)基本規范訓練；
全程跟班聽(tīng)課、批改作業(yè)、多次進(jìn)行試講，確保在上講臺之前有較高的教學(xué)質(zhì)量和效果。在科研方面，老教師將年輕教師納入自己的教學(xué)科研團隊，使年輕教師參加相關(guān)科研活動(dòng)，充分發(fā)揮科研優(yōu)勢，將自己在科研工作中所取得的最新研究成果和國內外的最新研究動(dòng)向融入到教學(xué)內容中，從而使學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中能夠不斷地跟蹤研究前沿。支持青年教師有條件時(shí)能獨立承擔科研任務(wù)?？蒲惺歉愫媒虒W(xué)的源泉和動(dòng)力，鼓勵、利用一切機會(huì )支持年輕教師在國內外訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)修、培訓、合作科研等，使他們能夠不斷學(xué)習提高。制訂相關(guān)激勵機制，鼓勵教師參與各種類(lèi)型的教改項目和科研項目的申報，發(fā)表高水平科研和教改論文。在高校本科教學(xué)活動(dòng)中，教學(xué)是科研的基礎，科研是教學(xué)的發(fā)展與提高。課程組教師通過(guò)科研帶動(dòng)教學(xué)，反過(guò)來(lái)，又通過(guò)教學(xué)促進(jìn)科研，使得教學(xué)和科研良性循環(huán)發(fā)展。
2.改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段
“工控軟件及其應用”由課程建設負責人牽頭，聘請本學(xué)科領(lǐng)域專(zhuān)家教授組成一個(gè)課程建設指導組，在教學(xué)計劃制定、教學(xué)內容組織、教學(xué)方法設計、教學(xué)環(huán)境條件設施上進(jìn)行審核把關(guān)。
課程建設組對教學(xué)內容進(jìn)行整合設計，修改完善教學(xué)大綱。經(jīng)過(guò)多輪討論，“工控軟件及其應用”課程已經(jīng)取得基本一致意見(jiàn)，課程教學(xué)計劃調整擬在下一輪正式執行。教學(xué)內容的取舍主要根據教學(xué)學(xué)時(shí)、學(xué)生的知識水平和教學(xué)內容的結構來(lái)安排。雖然新教學(xué)大綱將學(xué)時(shí)增加到了40學(xué)時(shí)，但仍無(wú)法解決課時(shí)不足與教學(xué)內容過(guò)多的矛盾，因此在授課時(shí)必須對教學(xué)內容進(jìn)行精選。授課應以立足于工控軟件基本方法的講解，注意歸納總結一般知識，忽略和專(zhuān)業(yè)相關(guān)度不高的知識點(diǎn)。通過(guò)教學(xué)內容的取舍來(lái)解決課時(shí)不足與內容豐富的矛盾。
改革教學(xué)方式，要保證自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才培養質(zhì)量，除了優(yōu)化教學(xué)內容外，還必須在教學(xué)方式上進(jìn)行改革。提倡師生互補，建立一種新的師生關(guān)系，將教師的理論水平、經(jīng)驗與學(xué)生特長(cháng)智能優(yōu)勢互補，提高教學(xué)效果。提倡教學(xué)組織形式的互補，采取理論與實(shí)踐教學(xué)互補，教師專(zhuān)題講座與學(xué)生研討互補，課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)互補。在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中教師應當加強對學(xué)生的引導和啟發(fā)，與學(xué)生交朋友，鼓勵學(xué)生批判性探索性的求知活動(dòng)，使學(xué)生在十分愉快的情感驅動(dòng)下，充分發(fā)揮主觀(guān)能動(dòng)性，不斷地去發(fā)現并解決問(wèn)題。注重學(xué)生個(gè)性發(fā)展和創(chuàng )造性思維能力的培養，從而達到學(xué)生知識能力提高，建立一種教學(xué)相長(cháng)，良性互動(dòng)的新型教學(xué)方法。
“工控軟件及其應用”課程利用學(xué)校提供的Black Board建立了網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺，完善了網(wǎng)絡(luò )教學(xué)資源。目前，該網(wǎng)站已完成的教學(xué)資源有：課程信息（包括課程簡(jiǎn)介、教學(xué)內容、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷等）、教師信息（包括課程負責人信息、主講教師信息）、教學(xué)條件、實(shí)驗室管理、授課PPT、課后思考題、實(shí)驗指導、問(wèn)卷調查、網(wǎng)絡(luò )資源、討論版、教學(xué)錄像、測驗等。學(xué)生通過(guò)BB平臺可以進(jìn)入教學(xué)網(wǎng)絡(luò )，瀏覽教學(xué)內容，參與網(wǎng)上討論。
控制軟件設計論文范文第4篇
摘要：信息處理與控制系統都是由傳感器提供信息，根據工藝動(dòng)作過(guò)程而實(shí)施對執行系統的控制?？刂频膶?shí)現應按執行部件的運動(dòng)學(xué)模型、動(dòng)力學(xué)模型來(lái)進(jìn)行，它是由計算機和軟件具體實(shí)施的。信息處理與控制系統是實(shí)現機電一體化系統智能化、自動(dòng)化的關(guān)鍵。執行系統模型建立的好壞直接影響到信息處理與控制系統的構思和設計。
關(guān)鍵詞：信息處理系統智能化控制系統構思和設計
一、信息處理和控制系統設計過(guò)程
信息處理與控制系統的設計是圍繞著(zhù)執行系統的功能需求而進(jìn)行的，信息處理與控制系統設計的主要內容有：
1.確定控制系統的整體方案。構思控制系統的整體方案必須深入了解被控對象的控制要求。關(guān)鍵問(wèn)題有：（1）控制方式及其與計算機的匹配條件。對于一個(gè)機電一體化系統，要實(shí)現某些功能可采用多種控制方案、多種控制方法。計算機系統的主要作用是實(shí)現一定的控制策略和完成一定的信息處理。當控制系統的功能和主要性能指標確定后，對計算機的基本要求也就隨之確定了。由于工業(yè)控制計算機有多種類(lèi)型，每種類(lèi)型又包含多種產(chǎn)品，往往有多種方案可以實(shí)現同一控制目標。（2）應考慮驅動(dòng)部件的類(lèi)型和執行部件（機構）的類(lèi)型。（3）應考慮對可靠性、精度和快速性有什么要求。（4）應考慮微機在整個(gè)控制系統中的作用，是設定計算、直接控制還是數據處理。微機應承擔哪些任務(wù)，為完成這些任務(wù)，微機應具備哪些功能，需要哪些輸入/輸出通道，配備哪些設備。（5）畫(huà)出控制系統組成的初步框圖，作為下一步設計的依據。
2.確定控制算法。應對控制系統建立數學(xué)模型，確定其控制算法?？刂扑惴Q定了控制系統的優(yōu)劣。應根據不同的控制對象、不同的控制指標要求選擇不同的控制算法。對于復雜的控制系統，其算法也較復雜，使控制較難實(shí)現。為此需進(jìn)行某些合理簡(jiǎn)化，忽略某些次要影響因素，使控制算法簡(jiǎn)化，以獲得較好的控制效果。
3.控制子系統總體設計?？刂葡到y要綜合考慮硬件和軟件措施，解決微型機、被控對象和操作者三者信息交換的通路和分時(shí)控制的時(shí)序安排問(wèn)題，保證系統能正常地運行。通過(guò)總體設計，畫(huà)出系統的具體構成框圖。
4.軟件設計。微機控制系統的軟件主要分為系統軟件和應用軟件，軟件設計主要指應用軟件的設計?？刂葡到y對應用軟件的要求是具有實(shí)時(shí)性、針對性、靈活性和通用性。系統的硬件和軟件需合理結合。在機電一體化系統中，哪些功能用硬件實(shí)現、哪些功能用軟件實(shí)現等都是設計時(shí)應考慮的重要問(wèn)題。對于運算與判斷、處理等功能適宜用軟件來(lái)實(shí)現，而其余不少的功能既可用硬件來(lái)實(shí)現，又可用軟件來(lái)實(shí)現。為了合理組成控制系統的硬件和軟件，通常根據系統的經(jīng)濟性和可靠性綜合最優(yōu)來(lái)確定。
二、信息處理與控制系統硬件設計
1.電子部件設計
電子系統的標準部件設計與機械部件設計過(guò)程大為不同。對于簡(jiǎn)單部件，如電容器、電阻器、電位計和變壓器等，可以像機械設計那樣，將部件設計理解為確定其所有基本性質(zhì)的過(guò)程。部件完全被單個(gè)元件的（機械）結構所定義，每個(gè)元件又由其形狀、尺寸、材料、表面質(zhì)量所描述。當然，電磁性質(zhì)對于材料的選擇是非常重要的。對于像半導體和集成電路這樣的復雜功能部件，對基本設計性質(zhì)的確定并不能充分地解釋所有可直接處理的設計性質(zhì)。隨著(zhù)超大規模集成電路部件上晶體管數量的驚人增長(cháng)，電子部件設計只能在計算機輔助下，采用層次化、面向系統的方法來(lái)進(jìn)行。電子部件主要由專(zhuān)業(yè)化公司設計，在許多方面都實(shí)現了高度標準化，如部件值及公差、功能說(shuō)明、機械封裝（如雙列直插式封裝、表面貼裝技術(shù)封裝）、溫度范圍等。只有在一些特殊情況下，機電設計者才需要自行設計電子部件。
2.電路設計
在電子系統中，可以進(jìn)行電路的功能設計而幾乎獨立于其物理實(shí)現，其結果就是電路設計（二維）與電子封裝設計（三維）的分離。電路基本上是由具有傳導聯(lián)系的功能部件所構成的二維結構。很少從頭開(kāi)始設計一個(gè)電路。對于典型的功能需求，在技術(shù)資料中存在著(zhù)大量的概念原理解，如放大器、振蕩器、濾波器、模/數轉換器、微處理器電路等。電路設計是利用已有元器件創(chuàng )造出新的結構。在設計時(shí)，可將設計任務(wù)由頂向下地細分為子問(wèn)題，直至其對應于已知方案解或已知集成部件。電路設計主要基于分析和尺寸確定方法。一旦確定電路圖結構，就可詳細地計算其性能并進(jìn)行仿真。因而通常的做法是快速提出一個(gè)方案解用于電路分析，然后修改該方案直至滿(mǎn)足設計要求。由于一些因素的存在，使得電路功能難以完全獨立于電路圖的物理實(shí)現（即封裝），例如：導體尺度限制了能量傳輸和轉換率；
電路中的熱功耗完全依賴(lài)于機械結構；
電磁屏蔽對于微處理器的正常運行極其關(guān)鍵；
過(guò)小的尺寸會(huì )引起信號載體間的反饋和串擾；
制造公差使得一些規定功能產(chǎn)生了偏差。需要注意的是，以上多數問(wèn)題都與信號中的能量因素有關(guān)，它們實(shí)際上是電路設計師和封裝、機械設計師的“接口”問(wèn)題。與機械設計相比，電子系統的功能設計和物理實(shí)現相互之間更加獨立。在描述電子變換功能、部件結構的圖形建模方面，都有相應理論和方法存在，但設計綜合理論非常少。在一定程度上，機械設計理論可以應用于電子部件設計和電子封裝設計。
三、信息處理與控制系統軟件設計
在軟件系統方案設計中，主要問(wèn)題是生成必需的變換和數據的整體結構。對于一個(gè)給定的系統，這個(gè)結構通常是唯一的，而其中的程序模塊（如算法）則往往能夠再次應用于其它設計。但是目前，能夠明確軟件模塊的功能和輸入輸出的標準化方法還不存在，這就意味著(zhù)難于進(jìn)行功能的分類(lèi)，軟件模塊的重用也極其有限。所以，軟件設計中的問(wèn)題通常是“新”的，需要尋求未知解。軟件工程中的設計建模是個(gè)薄弱環(huán)節。軟件設計非常抽象，只有進(jìn)入編程階段，設計者才能使用文字和圖表來(lái)表達設計的結構和功能。即使在編程階段，設計工作也只能通過(guò)程序清單和輸入/輸出數據來(lái)進(jìn)行追溯和記錄。這樣就不可避免地在軟件設計者和外行之間產(chǎn)生了隔閡，因為只有在設計即將完成、程序即將嵌入硬件中時(shí)，才能夠對系統的功能進(jìn)行測試——而這時(shí)再想做出任何重大的修改往往就為時(shí)已晚了。為了解決這類(lèi)問(wèn)題，已經(jīng)出現了一些方法，例如快速原型設計，即對早期、粗略的程序思想進(jìn)行功能建模，以期盡快得到用戶(hù)反饋、及早發(fā)現錯誤，做出修改。但即使應用快速原型設計方法，設計者也有必要大量使用圖形，以便與外行就它的程序功能進(jìn)行交流。
控制軟件設計論文范文第5篇
關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；
燃機模塊；
電子控制系統；
軟件設計
引言
隨著(zhù)燃氣輪機在工業(yè)現場(chǎng)的廣泛使用，對控制性能的要求越來(lái)越高，其控制系統也迅速從液壓機械式控制器發(fā)展為模擬式電子控制系統,進(jìn)而發(fā)展成數字電子控制系統。到20世紀90年代,燃氣輪機開(kāi)始全面配置數字電子控制系統。近年來(lái)，國外燃氣輪機的數字電子控制系統已經(jīng)實(shí)現了標準化、系列化，實(shí)現了模塊化,并配置了菜單式的開(kāi)發(fā)軟件。模塊化控制系統中通信總線(xiàn)是系統內部數據交換的橋梁，總線(xiàn)的可靠性是系統可靠性的保障，總線(xiàn)速度也直接影響到整個(gè)控制器的性能，因此必須選擇實(shí)時(shí)、可靠的通信總線(xiàn)。MIL-STD-1553B、ARINC-429等傳統的現場(chǎng)總線(xiàn)可靠性高、使用靈活，工程上已經(jīng)得到了廣泛應用，但卻遭受速度瓶頸。工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)具有速度快、實(shí)時(shí)性好、可靠性高等特點(diǎn)，它的發(fā)展使工業(yè)控制在通用化、模塊化、數據交換等方面都面臨新的技術(shù)革命，特別適用于分布式控制系統設計。EtherCAT是由德國B(niǎo)eckhoff公司開(kāi)發(fā)。采用以太網(wǎng)幀，以特定環(huán)狀拓撲發(fā)送數據的技術(shù)，擁有杰出的通訊性能，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，并對其它協(xié)議開(kāi)放。
1.總體方案
1.1燃機模塊式電子控制系統方案
系統的控制對象是某型艦用中檔功率系列燃氣輪機，控制系統采用開(kāi)放性的模塊結構。電子控制器采用標準化、系列化的模塊設計，各模塊間采用最新的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Ethercat連接，控制軟件設計成可選擇、可配置的標準模塊和接口，液壓執行機構設計成通用的模塊化的部件和組件。這就使整個(gè)控制系統的設計變?yōu)楣δ苣K的選擇、匹配和調整——根據燃機控制系統的信號數量和接口類(lèi)型選擇合適的硬件模塊，根據特定控制規律和控制系統要求選擇、配置相應的軟件模塊，根據燃油和導葉的控制要求選擇合適液壓執行機構。采用的是成熟的模塊使各模塊功能、性能都有了保證，各部件僅需要進(jìn)行部分調整就能滿(mǎn)足要求，既縮短研發(fā)周期，又提高系統的可靠性，同時(shí)也便于今后實(shí)現性能改進(jìn)和功能擴展。
1.2燃機控制系統組成
燃機控制系統包括綜合電子控制柜、系統軟件、液壓執行機構、電氣系統等。液壓機械裝置采用模塊化設計方法，包括高壓燃油泵、燃油計量裝置、導葉調節裝置等。各模塊可根據具體燃機要求配合使用。電子硬件通用模塊包括：電子控制器模塊、獨立保護模塊。系統軟件包含控制軟件和應用軟件?？刂葡到y接收來(lái)自控制室或監控臺的控制信號，對燃氣輪機的起動(dòng)、加速、減速、穩態(tài)工況運行以及停車(chē)和重要參數限制實(shí)施全面的自動(dòng)控制和安全保護，能實(shí)現對燃機輔助系統的監測和控制，能實(shí)現對燃機的故障診斷和重要參數的記錄、存貯和通訊。
2.控制軟件設計
2.1電子控制器方案介紹
電子控制器由主CPU模塊與AD模塊、DA模塊、FI模塊、IO模塊等低級模塊組成，各模塊自帶CPU處理器，模塊之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，控制系統采用基于網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)模塊化設計，控制器的各種功能模塊之間用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，完成數據交互。各模塊可以集中在一起也可以分散到燃機的各部分，通過(guò)工業(yè)總線(xiàn)實(shí)現實(shí)時(shí)信息交流和控制。
2.2控制軟件分層設計
控制軟件包含CPU模塊的控制應用軟件、其它通用模塊底層軟件組成。底層軟件與模塊一一對應。模塊的底層軟件主要是實(shí)現通用模塊采集、輸出或信息交互功能，并與其它模塊通訊，傳遞和接受信息，實(shí)現控制系統功能。CPU模塊的控制應用軟件通過(guò)與底層軟件，根據模塊的特點(diǎn)進(jìn)行功能的初始選擇和配置。初步設計的控制軟件層次結構如圖1所示，該層次結構適用于主CPU模塊與所有低級功能模塊。由于低級功能模塊的任務(wù)都比較簡(jiǎn)單，所以并無(wú)必要采用實(shí)時(shí)內核，主CPU模塊也需根據實(shí)際情況決定采用傳統的順序結構還是基于實(shí)時(shí)內核的并行結構。同一功能的器件在驅動(dòng)程序層向頂層提供一致的接口，在這一層次中需要制定對器件讀、寫(xiě)、模式設置、中斷、輪詢(xún)等操作的驅動(dòng)程序函數模版。整理電子控制器硬件設計中常用的接口器件資料，針對這些器件編寫(xiě)驅動(dòng)程序并用數據庫進(jìn)行驅動(dòng)程序模塊的管理。
2.3控制軟件模塊化設計
控制軟件采用模塊設計，將燃機的主要控制過(guò)程、各種控制規律形成標準程序模塊。模塊劃分可層層分解，步步細化，當針對具體燃機時(shí)只要選用合適的模塊進(jìn)行組合，并進(jìn)行對參數設置連接就可形成控制程序。程序的框架設計要保證其可擴展性，根據燃機控制要求的變化，不斷的增加先進(jìn)控制規律、控制算法模塊提高整個(gè)系統的性能。在對燃機控制系統的特點(diǎn)進(jìn)行充分分析的基礎后，建立對燃機控制軟件的通用框架結構、模塊劃分準則與模塊配置策略，通過(guò)更改模塊配置信息、模塊整體更換等方式靈活構建可靠的燃機控制軟件。軟件模塊化按照由粗到細、由繁到簡(jiǎn)的指導方針，按步驟逐級細化，最終生成最基本的模塊單元。根據燃機控制系統的功能，將控制軟件劃分為基本數值計算模塊庫、信號處理模塊庫、故障處理模塊庫、起動(dòng)控制模塊庫、燃機運行控制模塊庫、停車(chē)控制模塊庫、輔助系統控制模塊庫、底層軟件模塊庫、通訊協(xié)議模塊庫。模塊一般采用標準C語(yǔ)言編寫(xiě)，與CPU相關(guān)的代碼采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，考慮到不同CPU的字長(cháng)、對齊方式等特性，模塊內部均采用自定數據類(lèi)型，且可通過(guò)外部進(jìn)行設置。
3.通訊軟件設計
EtherCAT通訊程序包括網(wǎng)絡(luò )收發(fā)模塊、EtherCAT接口模塊、EtherCAT設備模塊、主站模塊和從站模塊。網(wǎng)絡(luò )收發(fā)模塊完成底層網(wǎng)絡(luò )數據包的發(fā)送和接收功能。EtherCAT接口模塊實(shí)現EtherCAT通訊程序與功能軟件的接口功能。EtherCAT設備模塊實(shí)現EtherCAT設備掃描和軟件初始化工作。主站模塊實(shí)現主站初始化命令和循環(huán)命令的發(fā)送處理，實(shí)現和維護主站的狀態(tài)機。從站模塊實(shí)現從站設備的配置，同時(shí)維護從站設備的狀態(tài)機。
3.1Ethercat協(xié)議
EtherCAT是用于過(guò)程數據的優(yōu)化協(xié)議，憑借特殊的以太網(wǎng)類(lèi)型，它可以在以太網(wǎng)幀內直接傳送。EtherCAT幀可包括幾個(gè)EtherCAT報文，每個(gè)報文都服務(wù)于一塊邏輯過(guò)程映像區的特定內存區域，該區域最大可達4GB字節。數據順序不依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò )中以太網(wǎng)端子的物理順序，可任意編址。從站之間的廣播、多播和通訊均得以實(shí)現。當需要實(shí)現最佳性能，且要求EtherCAT組件和控制器在同一子網(wǎng)操作時(shí)，則直接以太網(wǎng)幀傳輸就將派上用場(chǎng)。然而，EtherCAT不僅限于單個(gè)子網(wǎng)的應用。EtherCATUDP將EtherCAT協(xié)議封裝為UDP/IP數據報文，這就意味著(zhù)，任何以太網(wǎng)協(xié)議堆棧的控制均可編址到EtherCAT系統之中，甚至通訊還可以通過(guò)路由器跨接到其它子網(wǎng)中。顯然，在這種變體結構中，系統性能取決于控制的實(shí)時(shí)特性和以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現方式。因為UDP數據報文僅在第一個(gè)站才完成解包，所以EtherCAT網(wǎng)絡(luò )自身的響應時(shí)間基本不受影響。另外，根據主/從數據交換原理，EtherCAT也非常適合控制器之間（主/從）的通訊。自由編址的網(wǎng)絡(luò )變量可用于過(guò)程數據以及參數、診斷、編程和各種遠程控制服務(wù)，滿(mǎn)足廣泛的應用需求。主站/從站與主站/主站之間的數據通訊接口也相同。從站到從站的通訊則有兩種機制以供選擇。一種機制是，上游設備和下游設備可以在同一周期內實(shí)現通訊，速度非?？?。由于這種方法與拓撲結構相關(guān)，因此適用于由設備架構設計所決定的從站到從站的通訊，如打印或包裝應用等。而對于自由配置的從站到從站的通訊，則可以采用第二種機制—數據通過(guò)主站進(jìn)行中繼。這種機制需要兩個(gè)周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此該過(guò)程耗時(shí)仍然快于采用其他方法所耗費的時(shí)間。EtherCAT僅使用標準的以太網(wǎng)幀，無(wú)任何壓縮。因此，EtherCAT以太網(wǎng)幀可以通過(guò)任何以太網(wǎng)MAC發(fā)送，并可以使用標準工具。
3.2主站軟件設計
EtherCAT可以在單個(gè)以太網(wǎng)幀中最多實(shí)現1486字節的分布式過(guò)程數據通訊。其它解決方案一般是，主站設備需要在每個(gè)網(wǎng)絡(luò )周期中為各個(gè)節點(diǎn)處理、發(fā)送和接收幀。而EtherCAT系統與此不同之處在于，每周期僅需要一個(gè)或兩個(gè)幀即可完成所有節點(diǎn)全部通訊，因此，EtherCAT主站不需要專(zhuān)用的通訊處理器。主站功能幾乎不會(huì )給主機CPU帶來(lái)任何負擔，處理任務(wù)的同時(shí)，還可處理應用程序，因此EtherCAT無(wú)需使用昂貴的專(zhuān)用有源插接卡，只需使用無(wú)源的NIC卡或主板集成的以太網(wǎng)MAC設備即可。EtherCAT主站容易實(shí)現，尤其適用于中小規模的控制系統和有明確規定的應用場(chǎng)合。EtherCAT映射不是在主站產(chǎn)生，而是在從站產(chǎn)生，此時(shí)過(guò)程映像已經(jīng)完成排序。該特性進(jìn)一步減輕了主機CPU的負擔?？梢钥吹?，EtherCAT主站完全在主機CPU中采用軟件方式實(shí)現，相比之下，傳統的慢速現場(chǎng)總線(xiàn)系統通過(guò)有源插接卡方可實(shí)現主站的方式則要占用更多的資源，甚至服務(wù)于DPRAM的有源卡本身也將占用可觀(guān)的主機資源。
3.3從站軟件設計
子站模塊劃分為A/D采樣模塊、頻率量模塊、LVDT及振動(dòng)信號處理模塊、熱電阻信號處理模塊、熱電偶信號處理模塊、壓力信號處理模塊、電流電壓信號處理模塊、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸入1模塊、開(kāi)關(guān)量輸入2模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸出模塊1、模擬量輸出模塊2，備份槽。主程序通過(guò)不同的功能要求調用軟件塊。軟件模塊設計的基本原則是數據隱藏，即各模塊內部數據私有，并提供外部接口訪(fǎng)問(wèn)這些私有數據，各模塊之間相互獨立，從而降低各模塊之間的耦合程度。整個(gè)框架提供諸多配置接口，具有一定的通用性。子站模塊實(shí)現的功能為DSP外設初始化；
獲取通道信息；
獲取開(kāi)關(guān)量輸入、擬量輸入、頻率量輸入信號；
輸出開(kāi)關(guān)量、PWM信號；
FLASH存儲器操作；
定時(shí)器的啟停、看門(mén)作等。
4.結束語(yǔ)
在國內航空發(fā)動(dòng)機電子控制系統研制的技術(shù)積累基礎上，開(kāi)展基于網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)的燃機模塊式電子器研究工作，研制具有自主知識產(chǎn)權的、具有國際先進(jìn)水平的燃機模塊式電子控制系統，不僅可以創(chuàng )造經(jīng)濟效益，而且能夠打破燃機電子控制系統被國外公司壟斷的局面，極大提高燃機市場(chǎng)的核心競爭力。
參考文獻
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