面向对象组态软件开题PPT课件

面向对象的控制方法组态软件设计与实现,答辩人：王翠翠导师：王培进,答辩提纲,课题研究的目的与意义课题研究的内容及其研究方法课题研究的创新性课题研究计划参考文献,课题研究目的与意义,1）控制算法类库的建立与应用传统组态软件控制算法单一，一般采用PID控制算法，并且还要自己完成，就相对来说增加了用户使用的困难性，用户一定要熟悉算法并能编写程序，即使是同一个算法，只要数据不同，都要重新编写；没有完善的控制算法类库，控制过程缺少智能成分。针对传统组态软件的这一缺点,本课题研究的重要内容之一就是实现控制算法类库，嵌入到前期开发的面向对象组态软件开发平台中。,课题研究目的与意义,图1.1控制算法类库结构图1-1给出了控制算法类库的结构，同时要设置扩充接口，可以很灵活的对控制算法库加以扩充。在设计系统控制回路时，可以根据现场控制系统的特点和控制精度从控制算法库选取合适的控制算法。,课题研究目的与意义,2）复杂控制回路的设计与实现庞圣波同学基本实现了简单控制回路面向对象设计，即单变量反馈控制回路，对于复杂的控制回路设计，如前馈加反馈、前馈加串级、串级、比值控制等工业生产过程常用的控制回路设计没有实现。本课题将实现复杂回路的面向对象设计，并编译下载到下位控制机中。3）在线或离线仿真技术我们将实现在面向对象的组态软件环境下对所设计的控制系统进行在线或离线仿真，便于及时调整设计与控制参数。4）面向对象实时数据库的建立及其处理技术工控过程需要处理大量的数据，组态软件要展示实时曲线、历史曲线等。既然是面向对象的组态软件开发，数据处理也需要用面向对象的方法来来实现。,课题研究目的与意义,如上所述，本课题研究的目的在于丰富和完善前期的研究成果，开发出较为完备的面向对象工控组态软件开发平台。其重要意义在于：工程设计人员接到工业控制项目，全面了解整个工程的情况和要求后，首先要做的不是确定设置多少个控制点，设置多少控制变量，如何建立实时数据库；而是在构建硬件平台之后，根据要实现的控制任务，立足于问题域中的事物，利用系统本身提供的对象即可绘制出系统的控制回路及其其它组态，设置参考量、被控量、运算器、控制器、被控对象、数据线，并从控制算法类库中选择合适的控制算法，系统构造中尽可能运用人类的自然思维方式，加快控制系统的设计速度，为控制工程师提供便捷、有效的组态开发平台。本课题的研究拓展了面向对象工控组态软件的研究领域，有十分重要的应用价值和推广价值。,课题研究内容及其研究方法,（1）建立完善的控制算法类库。控制算法组态模块主要用于实现主控板中控制回路算法的定义及下载。本课题除了传统的单变量PID控制算法外，还加入了先进控制算法，如多变量解耦控制、自适应算法、模糊控制、预测控制等有效使用的控制算法。此外、控制算法库要实现可扩展性，允许用户制定其他的控制算法。本文按控制系统组成特点将控制算法类库拆分为合适的类，如元件类（比较器、被控对象等）、通道类（前馈、反馈等）、信号类（阶跃、正弦信号等）、控制器类（PID控制器、模糊控制器等），并将它们以类的形式封装在控制算法库中。,课题研究内容及其研究方法,控制算法库的实现必须遵循三个设计原则，即接口的统一性、实现的独立性以及算法的可扩展性。基于这三个原则，在本组态平台中将先进控制算法的实现进行封装，并利用面向对象技术的设计模式来设计和定制其接口。,课题研究内容及其研究方法,（2)复杂控制回路的设计与实现。本课题在庞胜波师兄所实现的单变量反馈控制回路的基础上，完成复杂的控制回路设计，如前馈加反馈、前馈加串级、串级、比值控制等工业生产过程常用的控制回路。本课题将实现复杂回路的面向对象设计，并编译下载到下位控制机中。在组态软件的设计中，上位机软件部分实现图形化组态；通过以太网下载控制算法的数据结构至主控卡，主控卡按照数据结构解析算法，实现对生产过程的控制。,课题研究内容及其研究方法,(3)在线或离线仿真技术。MATLAB语言以矩阵和向量为基本数据单位，提供了强大的科学运算、灵活的程序设计流程、便捷的与其他程序的接口，高效率的复杂算法等。同时，MATLAB语言还配备了各种各样的工具箱，解决许多特定的课题和数学建模问题，如数值计算、算法预设计与验证、模拟与数学通讯、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真。在本课题的研究中将MATLAB与工控组态软件相结合，实现优势互补。其主要问题是实现MATLAB和组态软件之间进行数据交换。MATLAB主要提供两种通讯接口,一种是DDE(DynamicDataExchange)通讯接口，另一种是ActiveX通讯接口，本课题应用ActiveX通讯接口进行数据交换。运用MATLAB作为后台应用程序进行复杂算法运算，参数在线实时整定，系统在线仿真和离线仿真等功能，实现最工业现场的完美控制。,课题研究内容及其研究方法,(4）面向对象实时数据库的建立及其处理技术实时数据库是监控系统最基本的资源，而实时数据库则是作为整个监控系统组态软件数据处理和管理的核心。实时数据库要及时准确的获取现场数据，同时又要完成数据采集、图形显示、报警、历史存盘等事务调度。实时数据库的存储策略实时数据库的功能模块实时数据库的运行,课题研究内容及其研究方法,实时数据库的存储策略本课题采用传统的数据库系统、文件管理系统和内存缓冲区三者结合的方法，利用存储介质来构造组态软件的实时数据库。,课题研究内容及其研究方法,实时数据库的功能模块我们采用面向对象编程技术（OOP），将实时数据库定义为类的形式。各个功能模块通过对实时数据库接口函数调用实现与实时数据库的关联。现将实时数据库类的各类操作函数定义为几个操作模块加以说明，如右图。,课题研究内容及其研究方法,实时数据库的运行实时数据库是以动态链接库(DLL)的形式实现，它主要由用于实时数据储存的内存共享文件夹和对实时数据的操作接口实现,将实时数据库存储于动态链接库所拥有的全局内存中然后通过该动态链接库提供的接口函数来实现对数据库的读写以及查询和管理等功能。组态软件访问实时数据库的流程如图,课题研究的创新性,本课题在王培进教授所研究面向对象的柔性设计的基础上，结合庞胜波师兄所做的面向对象的组态软件，有以下创新点：1.采用面向对象的方法，建立丰富的算法库，且算法库具有良好的开放性，易拓展。每个算法模块由基类派生，故可以通过派生新类来扩充算法模态。2.可视化组态，灵活方便拖动图元库中的控制图元，即可进行控制模块的添加、修改、拖动、翻转、删除等；点击鼠标连线，构建一个复杂的控制回路轻而易举。提供开放的图元设计接口，用户可以自定义实现控件单元。,课题研究的创新性,3.适用范围广，可对常规控制系统组态，也可以对先进控制系统组态，如多变量系统、预测控制系统、模糊控制系统等。4.运用MATLAB进行了在线或离线仿真，便于用户了解系统性能，整定回路参数。5.利用面向对象数据库实现控制算法及参数的全局统一。,课题研究计划,在研究生第三学期:研究组态软件的发展历史，现状以及以后的发展趋势。对于传统的组态软件实现过程中所涉及到的关键技术有一个整体的把握。完成开题报告，研究集成开发环境的具体实现技术。第四学期:在开题报告的指导下，对系统进行需求分析，完成软件需求规格说明书。构建详细的分析模型和设计模型，并应用UML语言加以详细的描述，以便于实现。第五学期:根据系统的设计模型，结合以上提到的关键技术，以VC+6.0为主要的开发工具实现软件平台的开发。第六学期:完成毕业论文。,参考文献,1王培进，面向对象的柔性设计与控制理论(I).计算机工程与应用，2001.2刘其成，王培进，面向对象的柔性设计与控制理论(II).计算机工程与应用，2002.3王培进，面向对象的柔性设计与控制理论(III).计算机工程与应用，2002.4王培进，面向对象的柔性设计与控制理论(IV).计算机工程与应用，2003.5王培进，范宝德，控制系统的面向对象分析与设计.计算机应用研究，2002.6庞胜波，计算机控制系统面向对象组态软件研究与实现.烟台大学硕士学位论文，2008.7整宗涵，中小型分布式监控系统组态软件的设计.东南大学