新一代虛擬儀器—智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)的研究.pdf

1、1999年12月，國家自然科學基金委在廣州召開的機械學科“十五”優(yōu)先資助領域研討會會議紀要中明確指出：“測試測量儀器的發(fā)展方向是‘虛擬化’、‘控件化’”，本文所研究的新一代智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)正是在這一背景下提出的。論文主要從新一代智能控件化虛擬儀器產生的思想基礎、系統(tǒng)的軟件構架、儀器的數學建模、核心的組成單元和零編程開發(fā)系統(tǒng)等方面展開了深入研究。 提出了基于秦氏模型智能虛擬控件的儀器設計與制造新概念。秦氏模型是智能控件化虛擬

2、儀器產生的思想基礎，它是一種新的儀器模式，這一極富創(chuàng)造性的思想是：將非智能虛擬控件經“功能賦予”后與儀器功能進行“測試融合”從而形成“智能儀器單元”，通過積木式的隨機拼搭，可直接在PC機內形成成百上千、類型用途各異的虛擬儀器并顯示在屏幕上直接供用戶使用。在秦氏模型中“功能賦予”、“測試融合”和“積木式拼搭”是三個重要的概念，是設計開發(fā)系統(tǒng)的理論與技術基礎。文中從秦氏模型的原理、智能虛擬控件的模型要素、基于“功能賦予”和“測試融合”的智能

3、虛擬控件的形成原理和以框架協議開發(fā)系統(tǒng)為核心的智能控件化虛擬儀器的形成原理等幾方面闡述了這一思想。秦氏模型智能虛擬控件的最大特點是使儀器中的功能模塊與控件模塊實現了融合，把儀器的功能、性能、控制關系等等全部有機地融合于一個或幾個部件之中。它的實現使儀器從傳統(tǒng)的整機演變?yōu)椴考?，從根本上改變了儀器的設計與制造模式。 設計了基于層次消息總線的智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)構架模式。該模式采用統(tǒng)一的方式刻劃智能虛擬控件和由智能控件構成的智能控件

4、化虛擬儀器系統(tǒng)，其中包括控件的接口、控件的靜態(tài)結構、控件的動態(tài)行為和層次消息總線等方面的內容，并支持系統(tǒng)運行時刻的動態(tài)演化，即在運行時刻進行功能修改、擴展和剪裁，使在動態(tài)條件下：增加和刪除控件、增加和刪除消息響應登記和改變消息過濾規(guī)則?；趯哟蜗⒖偩€的軟件構架是智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)實現的藍圖，為智能虛擬控件的集成組裝提供了堅實的技術基礎。 研究了基于模塊化建模的智能控件化虛擬儀器數學建模的方法。本文通過對多種測試分析儀器的原

5、理、功能、性能、精度指標、使用對象和使用環(huán)境等研究，采用模塊化建模方法，對虛擬儀器典型共性部件的模塊化數學建模進行了詳細論述。建立的典型共性部件模塊模型主要有：信號變換統(tǒng)一數學模型、三維數據場數學模型、虛擬顯示器數學模型。并以噪聲倍頻程分析儀和旋轉機械階比分析儀為例，介紹了模塊化建模方法在具體儀器建模中的應用。模塊化建模方法將智能控件化虛擬儀器從技術研究提升到了基礎研究，為智能控件化虛擬儀器的設計、制造提供了理論基礎。 進行了基

6、于復用的智能虛擬控件的設計與制造。智能虛擬控件是智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)中的核心組成部分，由開發(fā)系統(tǒng)中的儀器拼搭場拼搭出的虛擬儀器的種類和數量，有賴于智能虛擬控件成品庫的可復用控件的種類和數量的多少。文中從控件的內聚、耦合和復用三個方面討論了控件的優(yōu)化設計方法，介紹了基于面向對象的非智能虛擬控件的計算機表達方法，編制了非智能虛擬控件的電子分類檔案，建立了智能虛擬控件的層次結構及其描述方式，實現了基于層次消息總線的可復用智能虛擬控件的制造，

7、避免了系統(tǒng)開發(fā)時不斷地重復設計，從而大幅度地降低了開發(fā)成本，提高了生產效率和產品質量。 實現了基于柔性綜合集成技術的智能控件化虛擬儀器零編程開發(fā)系統(tǒng)。本文在介紹面向控制、數據和顯示的綜合集成技術基礎上，論述了智能控件化虛擬儀器零編程裝配機理——基于知識的柔性綜合集成技術，研制成功了智能控件化虛擬儀器的儀器拼搭場——基于知識的柔性綜合集成系統(tǒng)(FIS)，FIS既可實現測試儀器的功能集成和控件集成，同時又可對兩種集成通過功能賦予再實

8、現融合，為形成拼搭式虛擬儀器提供軟性操作平臺，即軟裝配、軟調試、軟修改、軟測試等等；通過FIS，實現了可復用智能虛擬控件的拼搭組裝；最后討論了零編程開發(fā)系統(tǒng)的動態(tài)模擬運行和演化。利用該系統(tǒng)用戶不需要編程就可方便地開發(fā)和使用虛擬儀器，較之其它虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)，降低了用戶開發(fā)虛擬儀器的難度，為虛擬儀器的大眾化發(fā)展提供了條件。 文章最后對本文工作進行了總結和對智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)的研究進行了展望。 本文得到了國家自然科學基金