网络化实时控制实验软件平台的设计与开发

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网络化实时控制实验系统是一个通用的自动化学科实验教学平台。与传统的实时控制实验系统不同,该系统基于网络通讯机制、快速原型控制思想搭建。软件平台是网络化实时控制实验系统的重要组成部分,但目前应用的网络化实时控制实验软件平台价格昂贵、通用性差、实验辅助功能不强,不能发挥网络化实时控制实验系统在实验教学领域的特点与优势。因此,开发教学理念先进、功能强大、性能优越、运行高效的网络化实时控制实验软件平台是实现网络化实时控制实验系统的重中之重。本文针对网络化实时控制实验系统在实验教学中存在的诸多问题,在研究现有网络化实时控制实验硬件平台的基础上,设计和开发了满足网络化通讯、可视化编程、自动代码生成、实时控制、实验教学辅助等功能的网络化实时控制实验软件平台,并对软件平台的有效性进行了实验验证。本文的主要研究内容如下:1.针对于实时控制实验系统的发展现状,对实时控制实验系统的架构进行深入剖析,并对系统的重要组成部分——实时控制实验软件平台,进行了深入研究。结合国内外众多实时控制软件平台的优劣与特点,针对实时控制实验硬件系统,提出了基于网络化、快速原型思想的、通用实时控制软件平台的总体设计,并对其进行了需求分析、功能设计与结构设计。2.完成总体分析设计之后,对网络化实时控制实验软件平台进行了详细设计与开发。为满足功能需求,详细设计了七大功能模块:动态可停靠人机界面模块、网络化通讯接口模块、多软件平台交互接口模块、实时数据监控模块、数据格式化存储模块、动态可扩展实验管理模块、开放式自主实验扩展模块。通过动态停靠等软件技术的支持,对各模块进行了具体开发,基本实现了设计功能。3.对已经开发完成的软件平台进行实验验证。以欠驱动机械臂系统和双容水箱系统为控制对象,利用本文开发的网络化实时控制实验软件平台,配合硬件系统,分别进行了欠驱动机械臂起摆、平衡、轨迹跟踪,以及双容水箱的液位、流量、温度、压力、解耦等多项控制实验。实验结果表明本软件平台可以方便地辅助物理实验系统验证,具有操作友好,功能丰富,利于使用等特点,可用于高级复杂控制理论的辅助教学,在指导学生实验教学方而具有一定的创新性。
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