重大设备实时管理与控制技术研究及其实现
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摘要
论文以国家高技术研究发展计划(863计划)机器人主题资助课题“数控成型设备开发与研制”为背景，探讨了在通用操作系统Windows下实现实时计算机数字化控制系统的设计思想和实现方法。
首先，论文给出计算机数字化控制系统的发展现状以及其设计原则，并在此基础上，确定了面向成型设备的计算机数控系统软硬件总体设计方案。
其次，研究了Windows操作系统的实时性优化。Windows操作系统是通用的事务管理型操作系统，不能完全适合实时应用需求。为了在Windows操作系统下开发并运行实时应用软件，论文对Windows操作系统的内核、进程与线程以及任务调度机制进行深入研究，并研究在Windows下如何取得精确的时间问题。
然后，论文重点论述了控制系统的主要管理功能及其实现技术，包括实时控制、任务调度、故障报警、NC代码生成、工艺数据管理以及数据采集等。
最后，论文给出了成型设备原型系统集成及其测试技术、信号干扰以及PID算法整定等工程实现的重点。
This dissertation, basing on Project of Hi-Tech Research and Development Program of China (abbreviate as: 863) robot theme subsidy subject "numerical control shaped equipment research and development", probes into design and implementation method of real-time computer numerical control (CNC) system under common operating system -Windows.
First of all, the dissertation gives current situation and design principle of CNC system, on this basis, confirms the overall design of shaped equipment CNC system's software and hardware.
Secondly, the real-time optimization of Windows operating system is studied. Windows is a common operating system for transaction management, can't meet all the demands in real time. In order to develop and operate the real-time application software under Windows operating system, the dissertation further investigates Windows' kernel, processes, threads, tasks scheduling mechanism, and how to make accurate time under Windows.
Then the dissertation expounds the main management functions and realizing technology of control system, including real-time control, tasks scheduling, fault alarm, NC, craft data management and data acquisition, etc.
Finally, the dissertation presents shaped equipment prototype system integration as well as important technologies such as test technology, interfered signal and fixed PID algorithm.
首先，论文给出计算机数字化控制系统的发展现状以及其设计原则，并在此基础上，确定了面向成型设备的计算机数控系统软硬件总体设计方案。
其次，研究了Windows操作系统的实时性优化。Windows操作系统是通用的事务管理型操作系统，不能完全适合实时应用需求。为了在Windows操作系统下开发并运行实时应用软件，论文对Windows操作系统的内核、进程与线程以及任务调度机制进行深入研究，并研究在Windows下如何取得精确的时间问题。
然后，论文重点论述了控制系统的主要管理功能及其实现技术，包括实时控制、任务调度、故障报警、NC代码生成、工艺数据管理以及数据采集等。
最后，论文给出了成型设备原型系统集成及其测试技术、信号干扰以及PID算法整定等工程实现的重点。
This dissertation, basing on Project of Hi-Tech Research and Development Program of China (abbreviate as: 863) robot theme subsidy subject "numerical control shaped equipment research and development", probes into design and implementation method of real-time computer numerical control (CNC) system under common operating system -Windows.
First of all, the dissertation gives current situation and design principle of CNC system, on this basis, confirms the overall design of shaped equipment CNC system's software and hardware.
Secondly, the real-time optimization of Windows operating system is studied. Windows is a common operating system for transaction management, can't meet all the demands in real time. In order to develop and operate the real-time application software under Windows operating system, the dissertation further investigates Windows' kernel, processes, threads, tasks scheduling mechanism, and how to make accurate time under Windows.
Then the dissertation expounds the main management functions and realizing technology of control system, including real-time control, tasks scheduling, fault alarm, NC, craft data management and data acquisition, etc.
Finally, the dissertation presents shaped equipment prototype system integration as well as important technologies such as test technology, interfered signal and fixed PID algorithm.
引文
1．张云生，《实时控制系统软件设计原理及应用》，国防工业出版社，2000
2．谢松云、张建、王公望、董大群，《工业计算机控制系统的应用现状和发展方向》，《测控技术》1999年第18卷第8期
3．猪獭博(日)，《计算机系统的高可靠性技术》，国防工业出版社，1995
4．杨建华、张爽，《集中供热网分布式无线测控系统的设计与研究》，《测控技术》1999年第18卷第8期
5. PCL-730 32 Channels Isolated Digital I/O Card User's Manual, EVOC Technology Co., Ltd, 2000
6. PCL-812PG Enhanced Multi-function Data Acquisition Card User's Manual, EVOC Technology Co., Ltd, 2000
7．倪胜，《新疆吐哈油田井下工具测试系统》，西北工业大学硕士论文，1998
8．戴冠中，《计算机控制原理》，国防工业出版社，1996
9．David J．Kruglinski，《Visual C++技术内幕》，清华大学出版社，1998
10．Kate Gregory， 《Visual C++6开发使用手册》，机械工业出版社，1999
11．耿青山，《Windows的动态数据交换技术》，北京航空航天大学出版社，1998
12．杨道善等，《基于Windows95平台的实时控制技术》，《工业控制计算机》，2000年13卷第3期
13．姜山、程君实，《Windows9X硬件终端设备驱动程序的开发》，《微型电脑应用》，2000年第16卷第1期
14．侯方、游有鹏，《Windows95／98下实时系统的实现》，《机械与电子》，2001年第2期
15．王恒奎、边耐欣、王文、陈子辰，《Windows环境下开放式数控系统伺服
控制的研究》，《中国机械工程》，2001年11月第12卷第11期
16．杨旭、谢志江，《Windows95下在线实时系统的实现方案》，《重庆邮电学院学报》，1999年12月第11卷4期
17．杨炳元、张保会、褚晓霞，《Windows操作系统下实时数据采集的实现》，《计算机工程》，2000年7月第26卷第7期
18．刘晓堂、温圣，《WINDOWS实时处理中断驱动程序的开发》，《辽宁大学学报》，2001年第28卷第1期
19．张琦、朱善君、吉吟东，《windows下多线程的数据采集技术》，《测控技术》，2001年第20卷11期
20．廖彦，《LABVIEW环境下的实时控制方案设计与研究》，西北工业大学硕士论文，2002
21．胡建中、周云飞、李左章，《数控系统软件任务划分与调度》，《机械与电子》，1999年第2期
22．蒋崇政、方宇栋，《基于Windows环境下的实时控制》，《机械与电子》，2001年第5期
23．张饶学、史美林，《计算机操作系统教程》，北京：清华大学出版社，1997
24．侯俊杰，《Win32多线程编程》，武汉：华中理工大学出版社，1997
25．侯俊杰，《深入浅出MFC》，武汉：华中科技大学出版社，2001
26. P Cleaveland, Windows NT for real-time control: which way to go, Instrumentation and Control Systems,1997(11)
27．Walter Oney,《Windows95系统程式设计—虚擬机器与VxD程式设计》，台湾：松岗电脑图书资料有限公司，1997
28．Matt Pietrek，《Windows95系统程式设计大奥秘》，台湾：旗标出版有限公司，1997
29．郑胜，《基于PC104主板的嵌入式数据采集系统的研制》，西北工业大学硕士论文，2002
30．Brian Overland，《C++语言命令详解》，北京：电子工业出版社，2000
31．Wendy Boggs、Michael Boggs等，《UML with Rational Rose从入门到精通》，北京：电子工业出版社，2001
32. A Baginski, G Covarrubias, Open control: the standard for PC-based automation technology, Proceedings of 1997 IEEE Industrial Workshop on Factory Communications System, 1997
33．殷人昆、陶永雷、谢若阳、盛绚华，《数据结构》，北京：清华大学出版社，1999
34．何克忠、李伟，《计算机控制系统》，北京：清华大学出版社，1997
35．Meilir Page-Jones，《UML面向对象设计基础》，北京：人民邮电出版社，2001
36．张宝社、张宝峰，《Windows界面下的网络编程》，合肥：中国科学技术大学出版社，1997
37．张益铎、宋广军，《微机实时控制系统软件抗干扰技术》，《计算机应用研究》，1996年第2期
38. Martin Tmgren, 《Real-time Computer Control Systems》 , Mechatronics lab at KTH, 2002-02-13
39. Gary Mintchell, PC-Based Control, Control Engineering, 2001 (1)
40. Jingda, Quepaiwen, Computer Technology Advancements Impact PC-Based Automated Test System, Computer Automated Measurement & Control, 1997(1)
41. "Intelligent Learning Control", IEEE Control System Magazine,Vol 15,No 3, June 1996
42. Mizumoto. M, Realization of PID Control with Multiple Inputs, Fuzzy Sets and Systems, 1995.7
2．谢松云、张建、王公望、董大群，《工业计算机控制系统的应用现状和发展方向》，《测控技术》1999年第18卷第8期
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4．杨建华、张爽，《集中供热网分布式无线测控系统的设计与研究》，《测控技术》1999年第18卷第8期
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6. PCL-812PG Enhanced Multi-function Data Acquisition Card User's Manual, EVOC Technology Co., Ltd, 2000
7．倪胜，《新疆吐哈油田井下工具测试系统》，西北工业大学硕士论文，1998
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10．Kate Gregory， 《Visual C++6开发使用手册》，机械工业出版社，1999
11．耿青山，《Windows的动态数据交换技术》，北京航空航天大学出版社，1998
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控制的研究》，《中国机械工程》，2001年11月第12卷第11期
16．杨旭、谢志江，《Windows95下在线实时系统的实现方案》，《重庆邮电学院学报》，1999年12月第11卷4期
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18．刘晓堂、温圣，《WINDOWS实时处理中断驱动程序的开发》，《辽宁大学学报》，2001年第28卷第1期
19．张琦、朱善君、吉吟东，《windows下多线程的数据采集技术》，《测控技术》，2001年第20卷11期
20．廖彦，《LABVIEW环境下的实时控制方案设计与研究》，西北工业大学硕士论文，2002
21．胡建中、周云飞、李左章，《数控系统软件任务划分与调度》，《机械与电子》，1999年第2期
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42. Mizumoto. M, Realization of PID Control with Multiple Inputs, Fuzzy Sets and Systems, 1995.7