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一类实时运动控制软件设计及其可靠性研究

2020-12-02阅读(990)

一类实时运动控制软件设计及其可靠性研究

论文摘要

本文在实时软件设计方法研究的基础上,针对由PC和嵌入式多轴运动控制器构成的开放式运动控制系统,设计开发了单针绗缝实时运动控制软件,并对其进行了可靠性研究。本论文主要完成了以下几个方面的工作:1.针对一类实时运动控制系统,在分析DARTS和FSM的基础上,以UML为建模工具,提出一种实用的实时运动控制软件设计方法,并应用此方法设计了单针绗缝实时运动控制软件。设计中利用实时扩展的UML方法建模关键的实时性交互,并应用多线程技术开发了实时运动控制软件的并发任务。2.为了提高运动控制系统的加工精度,利用“二次插补”技术实现高精度的均匀步距插补;并根据应用特点,研究了一种过象限圆弧插补改进算法,实现了圆弧过象限平滑绗缝。3.将模糊方法应用于花样转角限速计算,达到了优化绗缝调速性能的目的;并在研究三轴同步模型的基础上,利用基于位置的分段调速实现了高效的绗缝三轴同步控制。4.针对当前软件可靠性工程领域面临的主要问题,在软件设计中采用容错设计增强可靠性;在软件测试中,利用基于UML的软件测试方法对上位机软件进行了测试,并在改进V模型的基础上,探讨实时嵌入式软件测试策略;在软件可靠性评估中,结合UML构件图和故障树(FTA)分析方法,讨论了基于软件模块的可靠性评估方法。5.本论文最后着重对软件试用期的工作做了总结,并对进一步的研究做了展望。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题来源及研究意义
  • 1.1.1 课题来源
  • 1.1.2 课题研究目的与意义
  • 1.2 运动控制技术概述
  • 1.2.1 运动控制技术的发展现状
  • 1.2.2 运动控制技术的发展方向
  • 1.3 实时运动控制软件
  • 1.3.1 实时运动控制特点
  • 1.3.2 实时运动控制软件特点
  • 1.4 实时运动控制软件可靠性研究
  • 1.5 本文的研究内容
  • 第2章 运动控制系统整体方案设计
  • 2.1 运动控制系统选型
  • 2.2 上位控制系统
  • 2.2.1 嵌入式工业计算机
  • 2.2.2 上位机软件开发环境
  • 2.3 下位控制系统
  • 2.3.1 嵌入式运动控制器发展现状
  • 2.3.2 自主研发的嵌入式多轴运动控制器
  • 2.3.3 下位机软件开发环境
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 一类实时运动控制软件设计
  • 3.1 实时软件设计方法
  • 3.1.1 实时软件设计方法概述
  • 3.1.2 一种基于UML 的实时并发软件建模方法
  • 3.2 单针绗缝实时运动控制软件设计概述
  • 3.2.1 单针电脑绗缝机发展现状
  • 3.2.2 单针绗缝机工作原理
  • 3.2.3 单针绗缝机实时运动控制软件设计步骤
  • 3.3 单针绗缝实时运动控制软件实时并发任务划分
  • 3.3.1 单针绗缝机用例建模
  • 3.3.2 软件数据流分析
  • 3.3.3 软件实时并发任务划分
  • 3.3.4 软件通信协议设计
  • 3.4 上位机实时运动控制软件设计
  • 3.4.1 上位机软件用例建模
  • 3.4.2 上位机软件总体设计
  • 3.4.3 上位机软件任务接口的设计
  • 3.4.4 上位机软件绗缝子系统有限状态机（FSM）建模
  • 3.5 下位机实时运动控制软件设计
  • 3.5.1 下位机软件用例建模
  • 3.5.2 下位机软件任务划分
  • 3.5.3 下位机软件总体设计
  • 3.6 实时运动控制软件串行通信建模
  • 3.6.1 上位机实时运动控制软件通信模块
  • 3.6.2 下位机实时运动控制软件通信模块
  • 3.7 实时扩展的UML 顺序图对关键实时交互建模
  • 3.8 本章小结
  • 第4章 实时运动控制软件中关键技术实现
  • 4.1 实时并发任务的多线程实现
  • 4.1.1 绗缝软件中的多线程应用
  • 4.1.2 人机界面线程和绗缝控制线程的交互
  • 4.1.3 绗缝控制线程和插补线程的同步
  • 4.2 二次插补技术在等步距绗缝插补中的实现
  • 4.2.1 数控应用中的二次插补技术
  • 4.2.2 单针绗缝二次插补概述
  • 4.2.3 直线粗插补算法
  • 4.2.4 圆弧粗插补算法
  • 4.2.5 改进的过象限圆弧插补算法
  • 4.3 基于模糊转角限速的绗缝调速优化
  • 4.3.1 绗缝调速优化方案
  • 4.3.2 绗缝花样模糊转角限速计算
  • 5.3.3 绗缝转向角求解算法的改进
  • 4.4 单针绗缝三轴同步控制
  • 4.4.1 多轴协同运动模型
  • 4.4.2 基于位置的三轴协同控制
  • 4.5 本章小节
  • 第5章 单针绗缝实时控制软件可靠性研究
  • 5.1 实时运动控制软件可靠性研究概述
  • 5.2 实时运动控制软件容错设计
  • 5.2.1 软件容错主要应对的问题
  • 5.2.2 绗缝软件容错措施
  • 5.3 基于UML 的上位机软件测试
  • 5.4 基于改进V 模型的嵌入式软件测试策略
  • 5.5 基于UML 和FTA 的软件可靠性评估
  • 5.5.1 基于UML 构件图的FTA 分析
  • 5.5.2 软件模块可靠性分析
  • 5.6 软件试用期间发现的问题及改进
  • 5.6.1 系统启动异常及改进措施
  • 5.6.2 串行通信协议可靠性改进
  • 5.6.3 软件滤波抗干扰措施
  • 5.6.4 软件试用期间的其他工作
  • 5.7 本章小结
  • 总结与展望
  • 1 本文主要研究成果
  • 2 下一步研究工作
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文目录

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