三轴仿真转台上位机控制软件的研究

转台控制系统中的上位机一般采用工业控制计算机（１ＰＣ）， 它是整个转台控制系统的终端，主要功能包括提供用户接口，整个 系统控制参数的配置、处理和储存以及运动轨迹程序的下载等功 能，通过这些接口、功能来完成用户的交互控制和转台状况信息的 实时展示。本课题研究的控制系统软件就是运行于上位机中。
万方数据
务周报表、财务月报表、财务极度报表、财务年报表、财务总报 表）。出库清单是系统发生交易的原始凭证，包括出库的零件代 号、零件名称、零件单价、出库数量、及本次出库总金额。财务报 表能按时间要求提供财务情况报告。其中包括零件代号、零件名 称、出库数量、零件单价等。
设备维护管理：包括机械系统设备分布情况、电器系统设备 分布情况、收费监控系统设备分布情况，都是以数据树形式出 现，很直观的了解系统分布情况及零部件组成情况。
１）模块化。先设计出软件的总体功能结构、数据结构以及公 共接口，然后按功能将各部分划为功能模块，再分别为各功能模 块设计程序流程，分别编制，最后统一组装调试。模块化设计方 有利于提高软件的可扩展性，并且可以做到良好的数据和代码 封装，加强了软件的可靠性，后期维护也相对方便。
２）扩展性。开放性的要求势必需要软件有一定的扩展性，通 过提供标准接口，使用户可以直接自己开发扩展配置，增强相应 功能。使用户可以利用现有软件的功能进行二次开发而不必重 复开发。
刷新显示数据。
数据库维护模块的基本作用是提供给用户一个友好的数据
库接口，允许用户在权限范围内对数据库中相应的数据进行维
护。同时，数据库维护模块还是其他模块的数据源之一，允许数
据处理模块在从本模块内提取数据并做二次处理，以适应不同
模块对于数据的需求。 数据处理模块是整个软件的业务核心模块。也是提高软件
令集的形成过程中，数据处理模块对用户的终端操作进行检查，
确定合理的操作，排除用户的错误操作；最后一部分是数据计
算．各个接口、终端、模块传输来的数据，其坐标系、格式、单位都
是不尽相同的，在控制软件内部这些数据都是通过本模块作为
中间层来进行交互的。
硬件接口模块是上位机与下位机通讯的基础，在本课题中，
这一模块包括两个部分，一个是ＰＭＡＣ接口，主要负责软件与 ＰＭＡＣ之间的通讯，将控制指令发送给ＰＭＡＣ，并接参考图１）
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圈１上、下位机的体系结构 ２．２仿真转台下位机控制系统
在下位机中，控制器的功能由一个各部分相对独立的系统 来完成，使下位机在系统设计、控制算法实现、信号采集等方面 都可以实现较为复杂的功能。
工具管理：包括工具的分类和零部件所用工具的查询。工具 的分类为专用工具（含机械系统专用、电器系统专用、微机网络 系统专用）和公用工具。零部件所用工具查询就是要维护或修理 某一零部件时通过查询，可以知道要带什么工具，会用到什么工 具，这样更有针对性，可以节约时间，缩短施工周期。
《工业控制计算机》２００７年２０卷第１２期
３仿真转台上位机控制软件 ３．１上位机控制软件的目标
仿真转台上位机控制软件，应当可以完成较通用的实验规 划、运动控制、算法验证、数据处理、结果分析等功能；同时，软件 模块应实现标准化，通用化，使之具有较强的可重用性和可移植 性。因此。仿真转台上位机控制软件的设计目标旧：‘
根据需求分析及目标定义，转台控制系统软件主要功能有： １）通信：通过ＵＳＢ接口、数字Ｉ／Ｏ卡、并口和串口等媒介， 实现上位机与下位机控制器、各种控制元器件之间的通信功能。 ２）初始化和归零：在上位机上电后，对软件各个模块进行检 测，初始化各类配置参数，检查下位机并进行通信测试，显示白 检结果。初始化完成后，为了防止误操作，提示用户进行转台上 电和归零操作。归零功能可使转台的三个轴分别低速转动到用 户事先设定好的绝对坐标零位置上。 ３）参数设定：通过键盘或鼠标的输入，可以查看和设定转台 系统的所有参数，并能自动检查和记录参数设定值。 ４）控制模式选择：系统可以允许用户选择本地控制、远程控 制、模拟信号控制三种不同的控制模式，并根据用户的选择，提 供给用户不同的控制界面和控制参数。 ５）运动模式选择：系统可以选择位置、速度、正弦三种不同 的运动模式，还可以具体选择某一个轴的运动模式。设定运动模 式后，系统便可根据用户输入的运动参数，在不同的运动模式下 完成相应的操作。 ６）数据采集：转台三个轴的位置、速度、状态等信息的实时 采集与显示。 ７）故障报警：基于用户输入的各类参数和数据库中的基本 参数，联系ＰＭＡＣ的实时采集数据，监控整个系统的状态，检测 出故障或异常，并做出相应的报警和处理。 ８）数据分析：软件能够将试验过程中的所有重要状态信息 一一记录下来，并能对这些数据进行比较分析。 ３，３上位机控制软件的结构设计 软件设计应用的方法和模式直接影响到了这个项目完成的 好坏、成败。随着控制系统系统的应用越来越广泛，而控制系统 系统的复杂度越来越高。选择一个合适的软件结构已经是一个
十分关键的步骤。根据转台控制的基本模型，依据ＭＶＣ（Ｍｏｄ— ｅＩ—Ｖｉｅｗ—Ｃｏｎｔｒｏ¨ｅｒ）模式，确定本软件的结构划分为：人机交互 模块、状态显示模块、数据库维护模块、数据处理模块和硬件接 口模块。（见图２）
圈２控制软件的模块结构图
人机交互模块的主要功能是提供给用户一个输入运动参数 和配置信息的接口，可以接收用户输入的各种控制参数，然后将
这些参数传递给数据处理模块进行检查和计算，当数据处理模
块检查、计算完毕后，人机交互模块将所有的运动参数进行编
译，传递给硬件接口模块。
状态显示模块的主要工作是接收硬件接口模块传递回来的
仿真转台实时信息（经数据处理模块处理后的信息），将这些实
时信息进行反编译。然后在上位机的终端上将这些信息展示出 来。这一模块采用查询模式，不间断地与下位机进行通讯，同时
组成部分。针对上住机控制软件的目标、功能、结构和数据展开探讨，并给出了一种较为实用的软件模型。
关键词：转台，控制，软件，ＰＭＡＣ
．
Ａｂｓｔ怕ｃｔ
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的反馈信息（如图３）。另一个是数字Ｉ／Ｏ卡接口，此接口的作用 是与数字Ｉ／Ｏ卡进行数据交互。数字Ｉ／Ｏ卡的作用主要是对下
位机中的一些控制元器件进行控制。
３．４上位机控制软件的数据管理
数据管理主要包括数据的输入输出和数据的分析处理两个
部分：．
（下转第５５页）
万方数据
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此外，仿真转台还可以作为各种高精度跟踪设备，例如射电 望远镜、大型天文望远镜、雷达、大型天线等的支撑平台。
按照转台台面所复现的角运动的自由度区分，仿真转台可 分为单轴转台、双轴转台、三轴转台，甚至五轴转台阁。
三轴转台可以模拟空间三自由度的运动：偏航、俯仰和滚转 运动。 ２仿真转台控制系统 ２。１仿真转台控制系统的组成
３）易用性。由于本课题涉及的控制理论和控制算法以及硬 件设备参数极为复杂。用户不一定是具有相关专业素质的科技 人员，所以设计时势必也要求软件具备较好的易用性。易用性可 以细化为易理解性、易学习性和易操作性等。
４）可靠性。作为一个转台的控制软件。其可靠性相当关键。 对仿真转台而言，其出错情况可以分为两种，一是用户输入参数 导致出错。这可能会导致本次实验数据错误或无效，属于轻度错 误；二是控制回路中传输数据错误，这种错误则可能会对转台造 成永久性硬件损伤。因此我们需要编写针对以上两种错误处理 模块，以保证控制软件具有较高的可靠性。 ３．２上位机控制软件的功能设计
三轴仿真转台上位机控制软件的研究
三轴仿真转台上位机控制软件的研究
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｉ ＰＣ ＣｏｎｔｒｏｌＩｅｒ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ３一Ａｘｉｓ ＳｉｍｕＩａｔｏｒ
董海瑞 高连生 （北京航空航天大学，北京１０００８３）
摘要
仿真转台是对惯性导航系统进行可预测、可重复性研究的重要实验设备。上住机控制软件是仿真转台控制系统的关键
整体健壮性的关键模块，数据处理模块对于数据的动作分为三
大部分，一部分为错误数据的容错处理，主要是对于其他模块接
收来的数据进行错误检查，通过与数据库维护模块的数据交换
和比对计算，得出对数据的错误检查结果；第二部分为操作完整
性的检查，转台的每一个运动轨迹或运动过程都是在用户通过
一系列的终端操作形成的指令集的控制下完成的。在每一个指
早期仿真转台的控制系统都是采用模拟控制。随着自动控 制理论和数字计算机及其应用技术的不断发展，数字式控制系 统已成为转台控制的发展方向。三轴仿真转台系统是由机械台 体和计算机控制系统两个主要部分组成。前者是实现仿真功能 的基础。而后者则是保证转台系统功能和性能的核心部分。
作为一种大型的复杂实验设备，转台既要满足一定的动态、 静态指标要求，也要为实验提供方便的操作界面和数据采集、处 理方法。其计算机控制系统不仅应具有实时控制功能，而且应具 备监控管理功能，因此，计算机控制系统的研究就成为仿真转台 设计和工程实现中的重要内容。
Ｋ∞ＭＯｒｄｓ：ｓｉｍｕｌａｌｏｒ．ｃｏｎｔｒｏ¨ｅｒ，ｓｏｆｔｗａｒｅ．ＰＭＡＣ
１ 仿真转台 仿真转台是以控制理论、相似理论、系统技术和信息技术为