秦氏模型虛擬儀器及VMIDS開發(fā)系統(tǒng)的研究.pdf

1、測控儀器發(fā)展至今，大致可分為三種模式：傳統(tǒng)硬件化儀器、現(xiàn)在流行的以軟件為主體的虛擬儀器、智能控件化虛擬儀器。智能控件化虛擬儀器也稱為秦氏模型虛擬儀器，本文對這一儀器模式的概念、形成原理、科學內(nèi)涵、數(shù)學建模、軟件構(gòu)架，以及開發(fā)該模式儀器的零編程開發(fā)系統(tǒng)等方面展開了深入研究。 深層次論述了秦氏模型的概念、原理、科學內(nèi)涵以及這一思想的深入發(fā)展——“巖石模型”等內(nèi)容。秦氏模型虛擬儀器是一種新的儀器模式，智能虛擬控件是其核心內(nèi)容。秦氏模型

2、思想的基本內(nèi)容是：將非智能虛擬控件經(jīng)“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”——智能虛擬控件，對這些智能虛擬控件進行積木式的隨意拼搭，即可直接在PC機內(nèi)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。在秦氏模型思想中，“功能賦予”、“測試融合”和“積木式拼搭”是三個基本而重要的概念，是設計開發(fā)系統(tǒng)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。文章從秦氏模型的概念、原理，智能虛擬控件的模型要素，基于“功能賦予”和“測試融

3、合”的智能虛擬控件的形成原理，以及“功能賦予”和“測試融合”的具體實現(xiàn)——E-F函數(shù)等方面闡述了這一思想。智能虛擬控件的在大特點是使儀器中的功能模塊與空間模型實現(xiàn)了融合，把儀器的功能、性能、控制關(guān)系等全部由記得融合于一個或幾個部件之中，它的實現(xiàn)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。智能虛擬控件的實現(xiàn)也使得儀器更高層次的集成成為可能?！皫r石模型”是對秦氏模型的繼承和發(fā)展，是對測試功能和儀器進行多次、深度的集成，

4、在理論上對全部機械測試類儀器建立“有界無限”的統(tǒng)一模型，創(chuàng)成一個巨型儀器庫?！皫r石模型”大型儀器庫的出現(xiàn)，結(jié)束了測試領(lǐng)域的單機時代，從此用戶使用測試儀器將不僅以單機為使用單位，而且可以用一個包羅系列儀器在內(nèi)的儀器庫作為使用單位。 研究了系統(tǒng)建模五元模型和模塊化建模方法，并以此建立了秦氏模型虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)模型、秦氏模型虛擬儀器統(tǒng)一模型，深入闡述了模型的組成結(jié)構(gòu)。兩個系統(tǒng)模型的建立，為秦氏模型虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)以及秦氏模型虛擬儀器的

5、設計、開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)、統(tǒng)一的規(guī)范規(guī)則，提高了系統(tǒng)運行效率，增強了系統(tǒng)的可理解性，使得系統(tǒng)增量開發(fā)的速度得到大大提升。根據(jù)兩個系統(tǒng)模型，通過對多種測控分析儀器的原理、功能、性能、精度指標和使用環(huán)境等的研究，論述了對虛擬儀器典型功能的模塊化數(shù)學建模，建立了部分信號基本處理和擴展處理的數(shù)學模型。通過對虛擬控件界面技術(shù)的研究，提出了橢球體三維數(shù)據(jù)場可視化模型，詳細闡述了其實現(xiàn)方法，并依據(jù)該模型，對虛擬選擇開關(guān)進行了界面建模。同時橢球體三維數(shù)

6、據(jù)場可視化模型也可應用于科學計算三維可視化研究。兩類建模方法的研究、兩個系統(tǒng)模型和橢球體三維數(shù)據(jù)場可視化模型的建立，將秦氏模型虛擬儀器和虛擬控件從技術(shù)研究提升到理論建模的基礎(chǔ)研究。 通過對層次消息總線軟件體系結(jié)構(gòu)的研究，提出了動態(tài)路由層次消息總線軟件體系結(jié)構(gòu)模式，研究了這一模式的風格、構(gòu)件、連接件和配置，并采用軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言——Wright語言分別進行了形式化的描述。該模式是對層次消息總線的發(fā)展，采用統(tǒng)一的方式刻畫智能虛

7、擬控件和有智能虛擬控件構(gòu)成的秦氏模型虛擬儀器系統(tǒng)。動態(tài)路由消息層次總線保留了層次消息總線的優(yōu)點，具有層次消息總線結(jié)構(gòu)的信息傳遞方式，并支持系統(tǒng)運行時刻的動態(tài)演化；克服了層次消息總線模式應用在秦氏模型虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)時的缺陷，使得系統(tǒng)效率得到提高，控件復用程度增加，系統(tǒng)增量開發(fā)的速度大大提升。動態(tài)路由層次消息總線構(gòu)架是秦氏模型虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)藍圖，為智能虛擬控件的集成組裝提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。 綜合運用有關(guān)原理、方法和技術(shù)，

8、設計制造了基于復用的智能虛擬控件，實現(xiàn)了面向用戶的基于柔性綜合集成技術(shù)的秦氏模型虛擬儀器零編程開發(fā)系統(tǒng)——VMIDS(Virtual Measurement Instrument Development System)開發(fā)系統(tǒng)。智能虛擬控件是秦氏模型的核心組成部分，由儀器拼搭場所拼搭出的儀器的種類和數(shù)量，取決于智能虛擬控件成品庫的可復用控件的種類和數(shù)量的多少。文章從控件的內(nèi)聚、耦合和復用三個方面討論控件的優(yōu)化設計準則，編制了非智能虛擬控

9、件電子分類檔案，介紹了功能庫的設計，以及如何由非智能虛擬控件和功能庫設計制造智能虛擬控件。秦氏模型虛擬儀器零編成開發(fā)系統(tǒng)是基于知識的柔性綜合集成開發(fā)系統(tǒng)。本文在介紹了面向控制、數(shù)據(jù)和顯示的綜合集成技術(shù)的基礎(chǔ)上，論述了秦氏模型虛擬儀器零編程拼搭機理——基于知識的柔性綜合集成技術(shù)；利用該技術(shù)，研制成功了秦氏模型虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)——VMIDS3.0開發(fā)系統(tǒng)。最后介紹了在VMIDS3.0開發(fā)系統(tǒng)中怎么開發(fā)秦氏模型虛擬儀器，同時給出了典型秦氏模型