高温超导磁悬浮测试系统的软件优化设计与完善
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摘要
为了研制高温超导磁悬浮实验车，西南交大超导技术研究所研制了高温超导磁悬浮测试系统。该测试系统由数控位移装置、传感技术、工控机驱动控制、数据采集和处理及系统软件组成。
在这套测试系统使用过程中，发现一些急需解决的问题，如不能同时测试悬浮力和导向力、不能在大循环中进行小循环测试等，而这些问题可以在不改变原系统硬件装置的前提下得到解决。因此，为了更好地利用已有的装置，充分发挥测试系统的潜力，需要对原系统的软件部分进行优化和完善，以便增加功能，更好地测试高温超导块材的性能，为研究高温超导磁悬浮车提供更丰富地实验数据。
论文在分析了高温超导磁悬浮测试系统的硬软件结构及工作原理的基础上，对测试系统的软件进行了优化设计，并完善了一些功能。优化设计体现在以下几个方面：(1)将系统初始化放到主程序运行以后执行，以便根据需要随时都可以对测试系统进行初始化，使测试系统回到初始状态。(2)运用多线程编程技术，同时测试悬浮力和导向力，以便研究永磁体—高温超导体块材之间的悬浮力和导向力关系。(3)添加了防止误操作的功能。(4)优化了内存分配，优化了悬浮力和导向力数据存储格式，使数据便于后续阅读和再处理。完善的功能包含以下几个方面：(1)在测试悬浮力和导向力时，可以根据需要在大循环中进行小循环测试。(2)在磁场扫描的过程中，将扫描的结果实时地保存到磁盘上，真正实现三维意义的磁场扫描。(3)添加了测试界面的图形输出功能。
论文中的软件是在LabWindows／CVI环境下开发的，通过与PMAC卡通信来控制伺服电机和步进电机，从而完成数据的采集，再通过编程对数据进行处理。
In order to develop high temperature superconduction magnetically levitated train, the superconduction laboratory of Southwest Jiaotong University developed a high temperature superconduction measurement system. This measurement system is consists of numerical control equipment, sensor, numerical control computer driving control, data collecting and processing and system software.
In the course of using this measurement system, users found some problems which are in the dire need of resolve, such as it can' t measure levitation force and guidance force at the same time. While these problems can be solved without changing the original hardware equipment. For ultilizing the equipment sufficiently.it' s required to optimize this measurement system and perfect its function.
This paper optimized the software of high temperature superconduction measurement system and perfected its functions based on analyzing the hardware and software' s structure of this measurement system and its work principle. Such problems have been optimized:(l)The system' s initialization is called after main program has run, so that users can call the system' s initialization when they need. (2)Measuring levitation force and guidance force at one time with multithread, so that we can study the relation between levitation force and guidance force. (3)Add a function of keeping from mistaken handle. (4)Optimized memory' s allocation and data' s storage format. Perfected function include such aspects: (1)It can measure with little loop in big loop measurement when measure levitation force or guidance force. (2)When scan magnetic field, it store the collected data to disk. (3)Add the function of graphical interfaces' output.
The software is developed under LabWindows/CVI. It controls servo electromotor and stepper eletromoters by communicating with PMAC, and
collects data. Data processing is realized by programing.
在这套测试系统使用过程中，发现一些急需解决的问题，如不能同时测试悬浮力和导向力、不能在大循环中进行小循环测试等，而这些问题可以在不改变原系统硬件装置的前提下得到解决。因此，为了更好地利用已有的装置，充分发挥测试系统的潜力，需要对原系统的软件部分进行优化和完善，以便增加功能，更好地测试高温超导块材的性能，为研究高温超导磁悬浮车提供更丰富地实验数据。
论文在分析了高温超导磁悬浮测试系统的硬软件结构及工作原理的基础上，对测试系统的软件进行了优化设计，并完善了一些功能。优化设计体现在以下几个方面：(1)将系统初始化放到主程序运行以后执行，以便根据需要随时都可以对测试系统进行初始化，使测试系统回到初始状态。(2)运用多线程编程技术，同时测试悬浮力和导向力，以便研究永磁体—高温超导体块材之间的悬浮力和导向力关系。(3)添加了防止误操作的功能。(4)优化了内存分配，优化了悬浮力和导向力数据存储格式，使数据便于后续阅读和再处理。完善的功能包含以下几个方面：(1)在测试悬浮力和导向力时，可以根据需要在大循环中进行小循环测试。(2)在磁场扫描的过程中，将扫描的结果实时地保存到磁盘上，真正实现三维意义的磁场扫描。(3)添加了测试界面的图形输出功能。
论文中的软件是在LabWindows／CVI环境下开发的，通过与PMAC卡通信来控制伺服电机和步进电机，从而完成数据的采集，再通过编程对数据进行处理。
In order to develop high temperature superconduction magnetically levitated train, the superconduction laboratory of Southwest Jiaotong University developed a high temperature superconduction measurement system. This measurement system is consists of numerical control equipment, sensor, numerical control computer driving control, data collecting and processing and system software.
In the course of using this measurement system, users found some problems which are in the dire need of resolve, such as it can' t measure levitation force and guidance force at the same time. While these problems can be solved without changing the original hardware equipment. For ultilizing the equipment sufficiently.it' s required to optimize this measurement system and perfect its function.
This paper optimized the software of high temperature superconduction measurement system and perfected its functions based on analyzing the hardware and software' s structure of this measurement system and its work principle. Such problems have been optimized:(l)The system' s initialization is called after main program has run, so that users can call the system' s initialization when they need. (2)Measuring levitation force and guidance force at one time with multithread, so that we can study the relation between levitation force and guidance force. (3)Add a function of keeping from mistaken handle. (4)Optimized memory' s allocation and data' s storage format. Perfected function include such aspects: (1)It can measure with little loop in big loop measurement when measure levitation force or guidance force. (2)When scan magnetic field, it store the collected data to disk. (3)Add the function of graphical interfaces' output.
The software is developed under LabWindows/CVI. It controls servo electromotor and stepper eletromoters by communicating with PMAC, and
collects data. Data processing is realized by programing.
引文
[1] Guidance force and lateral stiffness of YBaCuO superconductors in array, Xiaorong Wang, Suyu Wang, et al. In Jiasu Wang, editor, Proceedingsof International workshop on HTS Maglev, page 87, Chengdu610031, Sichuan, P.R. China, 2OO2. Applied Superconductivity Laboratory, Southwest Jiaotong University.
[2] Levitation force and guidance force of YBaCuO bulk in applied field, X. R. Wang, H. H. Song, et al. Physica C, 386:536, 2003.
[3] Labwindows/CVI开发入门和进阶，张凤均等，北京航空航天大学出版社，2001．12
[4] LabWindows/CVI Getting Started with LabWindows/CVI, National Instruments Corporation., 1998
[5] LabWindows/CVI User Manual, National Instruments Corporation., 1998
[6] LabWindows/CVI Basic 1, National Instrumentation Corporation, 1998
[7] LabWindows/CVI Basic Advanced, National Instrumentation Corporation., 1998
[8] LabWindows/CVI Programmer Reference Manual, National Instruments, Corporation., 1998
[9] LabWindows/CVI Standard Libraries Reference Manual, NI Corporation., 1998
[10] PMAC USER'S MANUAL, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.
[11] PMAC SOFTWARE REFERENCE, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.
[12] PMAC Option 2 Dual Ported RAMUser's Guide, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.
[13] PMAC-PC HARDWARE REFERENCE MANUAL, DELTATUAL DATA SYSTEM INC. 2003
[14] PMAC Reference Guide, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.
[15] PMAC2 User Manual, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.,2003
[16] PMAC2-PCI Hardware Reference Manual, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.,2003
[17] PMAC EXECUTIVE FOR WINDOWS, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.
[18] Pccomm32 PMAC 32 Bit Driver, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.,2000
[19] 高温超导磁悬浮测试系统，王家素等，高技术通讯，2000．10
[20] 高温超导磁悬浮测试系统总体设计—数据采集与控制，张翠芳等，西南交通大学学报，2001．8
[21] 高温超导磁悬浮车导向力测试装置，任仲友等，电工电能新技术，2003．1
[22] 高温超导块材悬浮力测试系统设计，黄海于，低温与超导，2004．2
[23] NI-DAQ Function Reference Manual for PC Compatibles, National Instruments Corporation. 1998.10
[24] LabWindows／CVI逐步深入与开发实例，宋宇峰，机械工业出版社，2003．4
[25] 实现开放式数控系统的重要组件—PMAC，王风云等，工业控制计算机，2003．11
[26] C程序设计，谭浩强，清华大学出版社，1991
[27] 软件工程Java语言实现，(美)Stephen R．Schach著，袁兆山译，机械工业出版社，1999
[28] PComm32PRO Software Reference Manual, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.,2003
[29] PComm32PRO Installation and Troubleshooting Procedures, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.,2003
[30] PMAC and PMAC2 Software Reference Manual, DELTATUAL DATA SYSTEM INC.,1998
[31] PMAC位置捕捉功能的应用，赖国庭等，制造业自动化，2001．8
[32] VC环境下的PMAC数据实时采集与显示，兰光明等，北京机械工业学院学报，2004．3
[33] 多轴联动数控系统的开发与改造，韩强等，煤矿机械，2002．7
[34] 软件工程概论，郑人杰等，清华大学出版社，1998
[35] 几种开放式微机数控系统比较，杨晓京等，制造业自动化，2002．1
[36] 可编程多轴控制器(PMAC)及其应用，石林锁，新技术新工艺，1995．6
[37] 基于Labwindows／CVI平台的数据采集及信号处理软件的开发，江凡等，仪器仪表与分析监测，2003．1
[38] 发动机进排气系统稳流试验装置中LabWindows／CVI的应用研究，张小矛，柴油机设计与制造，2003．2
[39] 基于LabWindows／CVI5.0平台的八通道数据采集系统，吴睎，计算机自动测量与控制，2001．9
[40] 基于Labwindows／CVI的步进电机高精度控制，李顶根等，电机电器技术，2001．5
[41] 面向仪器与测控系统的计算机软件应用平台技术现状与发展，胡飞，测控技术，2002．4
[42] 虚拟仪器测试系统中实现数据共享的方法，张磊，计算机自动测量与控制，2000．8
[43] 虚拟仪器的软件开发，李兴，原子能科学技术，1999．3
[44] 虚拟仪器技术及其应用，林正盛，电子技术应用，1997．3
[45] 仪器控制系统中多线程技术的应用，金昊，计算机自动测量与控制，1999．7
[46] 在LabWindows／CVI环境下开发虚拟仪器自动测试系统，程刚等，实用测试技术，2002．3
[47] 提高YBCO块材在外磁场中悬浮力(英文)，任仲友等，低温物理学报，2003．3
[48] 超导磁浮列车的研究与发展，王素玉等，低温于超导，1995．5
[49] 高温超导电磁悬浮，王素玉，低温与超导，1999．8
[50] 多块YBaCuO高温超导体在永磁轨道上的悬浮力，任仲友，低温与超导，2000．5
[51] 虚拟仪器软件开发环境：LabWindows／CAI 6.0编程指南，张毅刚等，机械工业出版社，2002
[52] 基于LabWindows／CVI的虚拟仪器设计，刘君华等，电子工业出版社，2003
[53] 高温超导YBCO块材在永磁导轨上方导向力的研究，王晓融，西南交大硕士研究生学位论文，2003
[2] Levitation force and guidance force of YBaCuO bulk in applied field, X. R. Wang, H. H. Song, et al. Physica C, 386:536, 2003.
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