过程控制实时仿真平台的研究与设计
|
摘要
计算机仿真技术已经广泛应用于过程工业控制领域并显示出巨大的经济效益，同时也面临着开发水平不高的问题。为了提高仿真系统的开发效率，缩短开发周期，同时保证软件系统的可靠性，建立一个良好的仿真支撑平台是必需的。本文根据连续工业生产过程和实时仿真的特点，设计了运行在Windows2000平台上的过程控制实时仿真平台。
本文以仿真环境的框架为基础，采用面向对象的软件工程方法设计了实时仿真平台的系统结构，并将基于总线的系统模型和微内核技术应用于设计过程。设计了功能完备的图形化组态建模环境以支持模型程序编写、调试和运行分析的全过程。为了对模型和算法进行评价，阐述了仿真模型的定量验证技术和算法的选择原则。仿真数据库是开发仿真平台的关键，通过对各种仿真数据的分析，设计了仿真数据库的存储策略，确定了内存实时数据库的技术方案。为了方便对仿真结果的分析，阐述了可组态的监控画面的绘制和存储技术。
该平台功能完备，对硬件配置要求不高，具有广阔的应用前景。
Application of computer simulation in process control has brought enormous economic benefit, while the development of simulation software or system stays on a low level. Simulation platform may turn this development into an efficient process, shorten development period and ensure reliability of simulation software. A process real-time simulation platform on Windows 2000 is designed in this paper according to characteristics of process industry and real-time simulation.
The architecture of real-time simulation platform is designed based on software engineering method and the framework of integrated simulation environment using bus-based system model and microkernel technology. Graphic modeling environment is designed with sufficient functions in order to support all simulation processes of modeling, debugging, running and analysis. Quantitative validation of model is detailed to meet the requirement of model appraisal. And principles for algorithm selection are presented also. Storage strategy of simulation database is designed through analysis of simulation data. The technical solution of memory real-time database is presented also. Drawing and storage of configurable surveillance screen is designed to help analyze simulation results.
This platform is characterized by complete functions, low requirements of hardware and good prospects of application.
本文以仿真环境的框架为基础，采用面向对象的软件工程方法设计了实时仿真平台的系统结构，并将基于总线的系统模型和微内核技术应用于设计过程。设计了功能完备的图形化组态建模环境以支持模型程序编写、调试和运行分析的全过程。为了对模型和算法进行评价，阐述了仿真模型的定量验证技术和算法的选择原则。仿真数据库是开发仿真平台的关键，通过对各种仿真数据的分析，设计了仿真数据库的存储策略，确定了内存实时数据库的技术方案。为了方便对仿真结果的分析，阐述了可组态的监控画面的绘制和存储技术。
该平台功能完备，对硬件配置要求不高，具有广阔的应用前景。
Application of computer simulation in process control has brought enormous economic benefit, while the development of simulation software or system stays on a low level. Simulation platform may turn this development into an efficient process, shorten development period and ensure reliability of simulation software. A process real-time simulation platform on Windows 2000 is designed in this paper according to characteristics of process industry and real-time simulation.
The architecture of real-time simulation platform is designed based on software engineering method and the framework of integrated simulation environment using bus-based system model and microkernel technology. Graphic modeling environment is designed with sufficient functions in order to support all simulation processes of modeling, debugging, running and analysis. Quantitative validation of model is detailed to meet the requirement of model appraisal. And principles for algorithm selection are presented also. Storage strategy of simulation database is designed through analysis of simulation data. The technical solution of memory real-time database is presented also. Drawing and storage of configurable surveillance screen is designed to help analyze simulation results.
This platform is characterized by complete functions, low requirements of hardware and good prospects of application.
引文
[1] 何江华．计算机仿真导论．．科学出版社．2001．1-10．
[2] 薛美盛，吴刚，孙德敏，王永．工业过程的先进控制．化工自动化及仪表，2002，29(2)：1-9
[3] 龚伟奇，陈宗海．基于仿真系统先进控制试验平台的设计．计算机仿真，2000，17(4)：74-76
[4] 戴路，陈宗海，荀勇．化工过程仿真模型开发平台的设计与实现．计算机与应用化学，1998，15(4)：229-232，236
[5] Kevin M. Obenland, Tiffany Frazier, Jin S. Kim, John Kowalik. Comparing the Real-time Performance of Windows NT to an NT Real-time Extension. Fifth IEEE Real-Time Technology and Applications Symposium. Vancouver, British Columbia, Canada. 1999.142-151.
[6] 陈春鹏．姚益平，蒋志文，时向泉．基于Windows NT开发实时半实物仿真的研究．计算机工程，2002，28(12)：98-100
[7] 游景玉．实时仿真技术及其应用．珠海出版社．1997．1-39
[8] 程芳真．高琪瑞，吕崇德，蒋滋康．基于Windows平台的仿真支撑系统的研究．系统仿真学报，2001，13(2)：192-195
[9] 屈小勇，陈辉．基于Windows NT的实时仿真支撑软件系统．计算机应用，2002，22(4)：64-66
[10] 熊光楞，彭毅．先进仿真技术与仿真环境．北京：国防工业出版社．1997．26-52
[11] 吴重光．仿真技术．北京：化学工业出版社，2000．115-168
[12] 实时操作系统的分析比较．http://www.softhouse.com.cn/linux/knowledge/tech/6938.html
[13] 万建成，卢雷．软件系统体系结构原理、组成与应用．北京：国防工业出版社，1992
[14] 田景成．面向对象技术在软件重用和体系结构中的应用．http://www.huihoo.com/development/oo/oo.html
[15] William Stallings．操作系统——内核与设计原理(第四版)．北京：电子工业出版社，2001
[16] 赵艺伟，张丽芬，陈朔鹰．一个实时操作系统的设计及实现．北京理工大学学报．2001，21(1)：113-115
[17] 周万宁，陈丹东．Windows98／2000编程实例详解．北京：电子工业出版社，1999．2-5，14-25
[18] Microsoft Corporation. Real-time Systems and Microsoft Windows NT.http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dndllpro/html/msdn_realtime.asp, 1995
[19] 闫守孟，李孝安，周兴社．Windows2000／NT用于实时系统的方案研究．计算机应用研究．2003，20(3)：118-120
[20] 胡建宏，马永光，常喜茂，张聪师．在线式图形建模与仿真研究．计算机仿真，2000，17(1)：68-71
[21] 程芳真，蒋滋康．控制系统仿真的开放性图形化自动建模集成环境．清华大学学报(自然科学版)，1998，38(9)：116-118
[22] 康凤举．现代仿真技术与应用．北京：国防工业出版社，2001
[23] 宋承龄．关于仿真模型验证．计算机仿真，2000，17(4)：8-11
[24] 吴立人．仿真模型有效性定量确认方法．导弹与航天运载技术．2000(4)：23-26
[25] 李鹏波，谢红卫．谱估计方法在仿真可信性研究中的应用．计算机仿真，1999，16(1)：45-48
[26] 胡广书．数字信号处理：理论、算法与实现．北京：清华大学出版社，1997
[27] 廖瑛，梁加红．实时仿真理论与支撑技术．长沙：国防科技大学出版社，2002
[28] 周波，梁加红．非线性环节实时仿真算法的改进方法．计算机仿真，2000，17(2)：67-69
[29] 刘云生，潘琳．实时数据库系统的内存数据库组织与故障恢复．小型微型计算机系统，2001，22(5)：611-613
[30] 刘运生．现代数据库技术．北京：国防工业出版社．2001
[31] Charles Petzold．Windows程序设计．北京：北京大学出版社，1999
[32] 周万宁，陈丹东．Windows98／2000编程实例详解．北京：电子工业出版社，1999．2-5，14-25
[33] 贾宏宇，施仁，卢翔，匡东波．工控软件流程图中三维图素与动画关联的研究与实现．计算机工程与设计，2000，21(5)：30-34
[34] 贾宏宇，施仁．采用部件化结构设计工控软件流程图．计算机工程与应用，2000，5：95-97
[2] 薛美盛，吴刚，孙德敏，王永．工业过程的先进控制．化工自动化及仪表，2002，29(2)：1-9
[3] 龚伟奇，陈宗海．基于仿真系统先进控制试验平台的设计．计算机仿真，2000，17(4)：74-76
[4] 戴路，陈宗海，荀勇．化工过程仿真模型开发平台的设计与实现．计算机与应用化学，1998，15(4)：229-232，236
[5] Kevin M. Obenland, Tiffany Frazier, Jin S. Kim, John Kowalik. Comparing the Real-time Performance of Windows NT to an NT Real-time Extension. Fifth IEEE Real-Time Technology and Applications Symposium. Vancouver, British Columbia, Canada. 1999.142-151.
[6] 陈春鹏．姚益平，蒋志文，时向泉．基于Windows NT开发实时半实物仿真的研究．计算机工程，2002，28(12)：98-100
[7] 游景玉．实时仿真技术及其应用．珠海出版社．1997．1-39
[8] 程芳真．高琪瑞，吕崇德，蒋滋康．基于Windows平台的仿真支撑系统的研究．系统仿真学报，2001，13(2)：192-195
[9] 屈小勇，陈辉．基于Windows NT的实时仿真支撑软件系统．计算机应用，2002，22(4)：64-66
[10] 熊光楞，彭毅．先进仿真技术与仿真环境．北京：国防工业出版社．1997．26-52
[11] 吴重光．仿真技术．北京：化学工业出版社，2000．115-168
[12] 实时操作系统的分析比较．http://www.softhouse.com.cn/linux/knowledge/tech/6938.html
[13] 万建成，卢雷．软件系统体系结构原理、组成与应用．北京：国防工业出版社，1992
[14] 田景成．面向对象技术在软件重用和体系结构中的应用．http://www.huihoo.com/development/oo/oo.html
[15] William Stallings．操作系统——内核与设计原理(第四版)．北京：电子工业出版社，2001
[16] 赵艺伟，张丽芬，陈朔鹰．一个实时操作系统的设计及实现．北京理工大学学报．2001，21(1)：113-115
[17] 周万宁，陈丹东．Windows98／2000编程实例详解．北京：电子工业出版社，1999．2-5，14-25
[18] Microsoft Corporation. Real-time Systems and Microsoft Windows NT.http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dndllpro/html/msdn_realtime.asp, 1995
[19] 闫守孟，李孝安，周兴社．Windows2000／NT用于实时系统的方案研究．计算机应用研究．2003，20(3)：118-120
[20] 胡建宏，马永光，常喜茂，张聪师．在线式图形建模与仿真研究．计算机仿真，2000，17(1)：68-71
[21] 程芳真，蒋滋康．控制系统仿真的开放性图形化自动建模集成环境．清华大学学报(自然科学版)，1998，38(9)：116-118
[22] 康凤举．现代仿真技术与应用．北京：国防工业出版社，2001
[23] 宋承龄．关于仿真模型验证．计算机仿真，2000，17(4)：8-11
[24] 吴立人．仿真模型有效性定量确认方法．导弹与航天运载技术．2000(4)：23-26
[25] 李鹏波，谢红卫．谱估计方法在仿真可信性研究中的应用．计算机仿真，1999，16(1)：45-48
[26] 胡广书．数字信号处理：理论、算法与实现．北京：清华大学出版社，1997
[27] 廖瑛，梁加红．实时仿真理论与支撑技术．长沙：国防科技大学出版社，2002
[28] 周波，梁加红．非线性环节实时仿真算法的改进方法．计算机仿真，2000，17(2)：67-69
[29] 刘云生，潘琳．实时数据库系统的内存数据库组织与故障恢复．小型微型计算机系统，2001，22(5)：611-613
[30] 刘运生．现代数据库技术．北京：国防工业出版社．2001
[31] Charles Petzold．Windows程序设计．北京：北京大学出版社，1999
[32] 周万宁，陈丹东．Windows98／2000编程实例详解．北京：电子工业出版社，1999．2-5，14-25
[33] 贾宏宇，施仁，卢翔，匡东波．工控软件流程图中三维图素与动画关联的研究与实现．计算机工程与设计，2000，21(5)：30-34
[34] 贾宏宇，施仁．采用部件化结构设计工控软件流程图．计算机工程与应用，2000，5：95-97