基于UML的运动控制软件设计及其在电脑绗缝机中的应用研究

论文摘要

本文针对自主开发的“PC+DSP”开放式结构的嵌入式运动控制系统，着重对基于UML模型的运动控制系统软件技术进行了研究，并开发了一套电脑绗缝机运动控制软件，通过实际运行测试，验证了上述设计方法的有效性。本论文主要完成了以下几个方面的工作：将UML应用于运动控制系统的软件设计，分别对上、下位机软件的功能、结构以及实现等进行了分析研究。UML的应用不仅使软件的整体设计变得可视化、系统化，便于管理，还有助于发现软件设计存在的问题，增强软件的稳定性，同时统一化、规范化的软件设计能加强工作人员之间的交流，明确分工。在运动控制系统程序的设计中采用了矢量图形技术和多线程技术。针对当前软件可靠性工程领域面临的主要问题，对软件可靠性进行了研究，提出了面向主体的软件设计思路，任务化、模块化的软件可靠性分析和基于UML的软件测试方法。为了提高运动控制系统的加工精度和运行速度，对插补算法和加减速曲线进行了改进，并将超前预估加减速的控制方法和分段调速的位置同步方式应用到实际系统中。介绍了电脑绗缝机的基本原理和总体设计方案，并在通用运动控制系统的基础上开发了一套完整的电脑绗缝机运动控制软件，实现了用户提出的所有功能要求。实际运行测试表明，基于UML模型的软件设计方法是行之有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题来源与研究意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 运动控制技术发展及国内外研究现状
• 1.2.1 运动控制技术的发展
• 1.2.2 运动控制技术国外研究现状
• 1.2.3 运动控制技术国内研究现状
• 1.3 本文的研究内容和结构
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 本文的章节结构
• 2 运动控制系统设计概述
• 2.1 运动控制技术概述
• 2.2 控制方案与系统结构
• 2.2.1 “PC+DSP”控制模式
• 2.2.2 运动控制系统结构
• 2.2.3 运动控制系统电控系统
• 2.2.4 运动控制系统软件层次
• 2.3 运动控制系统上位机
• 2.3.1 EmCORE-i612嵌入式板卡
• 2.3.2 系统上位机软件
• 2.4 运动控制系统下位机
• 2.4.1 DSP56800系列芯片
• 2.4.2 系统下位机软件
• 2.5 本章小节
• 3 运动控制系统软件设计
• 3.1 UML概述
• 3.2 系统软件功能分析
• 3.2.1 上位机软件功能分析
• 3.2.2 下位机软件功能分析
• 3.3 系统软件结构设计
• 3.3.1 上位机的软件结构
• 3.3.2 下位机软件结构
• 3.3.3 数据结构设计
• 3.4 通讯程序设计
• 3.4.1 通讯协议设计
• 3.4.2 帧的收发超时控制
• 3.4.3 通讯程序实现
• 3.5 软件抗干扰设计
• 3.6 矢量图形技术
• 3.6.1 矢量图形技术特点
• 3.6.2 DXF文件格式
• 3.6.3 DXF格式图元解析
• 3.6.4 DXF格式图元绘制
• 3.7 多线程技术
• 3.7.1 线程概述
• 3.7.2 多线程活动图
• 3.7.3 运动控制线程
• 3.7.4 插补线程
• 3.7.5 线程同步
• 3.8 本章小节
• 4 运动控制系统软件可靠性
• 4.1 软件可靠性概述
• 4.2 面向主体的软件设计
• 4.2.1 主体的概念
• 4.2.2 主体结构设计方案选择
• 4.2.3 构造多主体系统系统
• 4.2.4 多主体集成策略
• 4.3 任务化、模块化软件可靠性分析
• 4.3.1 任务化、模块化可靠性模型
• 4.3.2 基于FTA和UML可靠性模型
• 4.3.3 软件模块可靠性分析
• 4.4 基于UML的软件测试技术
• 4.5 本章小节
• 5 运动控制系统软件关键技术
• 5.1 高精度插补算法
• 5.1.1 高精度插补运算原理
• 5.1.2 高精度直线插补算法
• 5.1.3 高精度圆弧插补算法
• 5.2 运动控制系统加减速控制
• 5.3 转向速度预估算法
• 5.3.1 最优速度预估
• 5.3.2 速度变化预估
• 5.4 位置控制算法
• 5.4.1 基于计算的速度匹配
• 5.4.2 分段调速的位置控制机制
• 5.4.3 位置控制的分段速度计算
• 5.5 本章小节
• 6 运动控制软件在绗缝机中的应用
• 6.1 绗缝机的工作原理
• 6.1.1 绗缝机发展状况概述
• 6.1.2 绗缝机的控制原理
• 6.2 绗缝机软件关键技术
• 6.2.1 用户界面
• 6.2.2 绗缝参数设置
• 6.2.3 按钮控制
• 6.2.4 断线处理
• 6.2.5 加固绗缝
• 6.3 电脑绗缝机样机原形
• 6.4 本章小节
• 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