虚拟仪器与网络化测控技术.doc

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1、1. 仪器驱动器程序Instrument Driver的作用及其构造模型。答：作用：仪器驱动器是介于计算机与仪器硬件设备之间的软件中间层，对两者进展数据交换有很重要的作用，它驻留在计算机中是连接计算机与仪器桥梁与纽带采用驱动器可以使计算机有能力控制物理仪器设备。构造模型：由函数库、实用程序、工具套件等组成，是一系列软件代码模块统称。仪器驱动器的构造模型建立在底层一致的I/O编程接口VISA的根底之上，提出了完整的驱动器外部接口模型与内部设计模型。（1） 外部接口模型：定义了仪器驱动器与仪器设备、上层应用软件与用户之间的通信方式，使得测试应用的开发独立于仪器之外。其中底层的VISA是用于控制VX

2、I、GPIB、RS以及其他类型仪器的I/O设备资源管理、操作与使用的机制，实现一致的仪器I/O操作。VISA/O接口库是IVI的根底，功能体实现了仪器驱动器的功能代码，是一起驱动器的核心。子函数接口是向仪器驱动器提供函数调用效劳的接口；上层的交互式程度开发接口与应用程序开发接口那么是驱动器向应用程序开发者提供效劳的接口。此外，IVI提供了一个区别与VPP仪器驱动器模型的重要机制IVI引擎，以实现IVI特殊的技术，状态缓存与属性跟踪。从IVI驱动器的外部接口模型可见，IVI成三个层次，由下向上分别为：仪器功能效劳层、仪器功能实现层、应用效劳层与用户层。底层向上层提供透明的效劳，每一层的开发可以在

3、下层标准效劳的根底上独立地进展，这种模式适应了软件打生产的要求。2内部设计模型：IVI驱动器的内部设计模型描述了实现仪器驱动器功能的内部构造。内部构造分为三个局部:回调函数集、组件函数集与应用函数集。组件函数集是控制仪器特定功能的软件模块，按功能不同分成初始化函数、配置函数与完毕/状态函数、数据函数、通用函数与完毕函数;应用函数集是面向测试任务与测试过程的功能，模块由组件函数综合而成。回调函数集是在IVI引擎调用的读写仪器设置或获取仪器状态的一组操作，回调函数不能被用户显式地调用。回调函数机制是在IVI引擎的驱动下工作的，与IVI引擎密切联系。2. 详细列出LabVIEW 8与LabVIEW

4、7及LabVIEW 6的区别，新改良之处的优点长处有哪些。列出LabVIEW 2021的新特性。答：区别：1LabVIEW8.6.1增加了无线网络的开发与控制，如蓝牙、GPRS以及GSM； 2增强了对多核与FPGA的支持。如：多核处理器实现超级计算、引入FPGA技术无须专业级数字电路设计、无线技术实现远程系统的数据采集及分析、通过任意网络驱动设备与LabVIEW应用进展交互等； 3增加了新功能cleanup Diagram,清理LabVIEW的后面板，让后面板的图形更为整洁美观； 4用户可以创立自己的Express VICreate or Edite Express VI。优点：1多核处理器实

5、现超级计算：当标准系统越来越趋于引入多个处理核，测试测量系统实现大幅度性能提升的可能性也就越大。LabVIEW平台扩展了内嵌的多线程技术，在新版软件中通过多核优化特性提供超级计算性能，帮助工程师处理更大容量的测量数据，满足高级控制应用的要求，并提高测试系统的吞吐量。 2引入FPGA技术无须专业级数字电路设计：借助于LabVIEW直观的数据流模式，工程师们可以通过使用LabVIEW FPGA模块及基于FPGA的现成即用的商业硬件如NICompactRIO来自定义测量及控制系统应用，如半导体验证及高级机器控制，从而实现更佳的性能。LabVIEW 8.6.1一如既往地将FPGA技术带给更多没有专业底

6、层硬件描述语言或板级电路设计经历的工程师们。LabVIEW 8.6.1进一步缩短了FPGA的开发时间，其新特性允许工程师们直接对CompactRIO可编程自动控制器 (PAC) 进展编程，而无须分别对FPGA编程。此外，全新仿真功能能够在电脑上验证FPGA应用，从而大大缩短了在编译上消耗的开发时间。LabVIEW 8.6.1还提供了全新IP开发及集成特性，包括全新快速傅立叶变换(FFT) IP核，实现频谱分析等功能，为机器状态监控及RF测试应用提供了更强的性能；全新的器件级IP(CLIP)节点，可便捷地将已有或第三方的IP导入LabVIEW FPGA，提升LabVIEW平台的开放性。 3无线技

7、术实现远程系统的数据采集及分析：随着无线技术的开展，工程师们已经可以实现异地测量等应用。LabVIEW 8.6.1与无线技术的配合，能将数据采集应用扩展到新的领域中，如环境及建筑监测等。LabVIEW图形化编程的灵活性及无处不在的Wi-Fi网络构架能将无线连接融入全新或已有的基于PC的测量及控制系统中。在最新无线数据采集设备及超过20家第三方无线传感器驱动的支持下，LabVIEW 8.6.1作为独立的软件平台，简化了分布式测量系统的编程过程。在LabVIEW 8.6.1中，无需作代码修改即可便捷地通过NI Wi-Fi 数据采集 (DAQ) 硬件来配置数据采集应用。同时，LabVIEW 8.6.

8、1中全新的3-D可视化工具能够集成远程测量与设计模型，加速设计验证的整个过程。4通过任意网络驱动设备与LabVIEW应用进展交互：当操作人员与系统间持续的连接与访问越来越普遍时，工程师希望可以在任一位置都能通过网络来与系统进展交互。LabVIEW 8.6.1允许将LabVIEW应用转化成电脑与实时硬件上的网络效劳器Web Service，从而能在任何网络驱动的设备上连接，如智能手机、PC机等。通过这一特性，工程师能够采用标准网络技术如HTML、 JavaScript 及Flash为LabVIEW应用开发远程用户界面。LabVIEW 2021的新特性：1DataFinder联盟技术用户可以直观地

9、搜索本地驱动器、网络或世界各地的数据；2新的内置算法更丰富的分析功能，包括NI Real-Time Linux的.m文件分析与FPGA的视觉函数；3LabVIEW数据仪表板用户可以轻松、平安地创立移动界面来可视化采集的数据，并做出有据可依的决策，而且无需掌握移动通信的专业知识；3. 在LabVIEW的根底上列出几种实现网络化虚拟仪器的技术，并加以简单说明。答：1远程访问技术：在LabVIEW中，实现远程访问的方式有两种:远程面板控制与客户端浏览器访问，且在实施这两种访问之前都需要对效劳器进展配置。配置效劳器包括3局部：效劳器目录与日志配置、客户端可见VI配置与客户端访问权限配置。在LabVIE

10、W中选择 “工具选项即可翻开参数配置框，左侧分别可见“Web效劳器：配置、“Web效劳器：浏览器访问。其中“Web效劳器：配置是用来配置效劳器目录与日志属性、“Web效劳器：可见VI用来配置效劳器根目录下可见的VI程序，也即对客户端可操作的VI程序。“Web效劳器：浏览器访问用来设置客户端的访问权限。完成效劳器配置以后，即可以选择远程控制面板或浏览器方式访问效劳器、对效劳器进展交互远程操作等。2使用共享变量：共享变量是继DataSocket技术之后LabView为简化网络编程迈出的又一大步。通过共享变量，用户无需编程就可以在不同计算机之间方便的实现数据的共享。用户无需了解任何的底层复杂的网络通

11、信，就能轻松地实现数据交换。用户建立与使用共享变量就如同操作全局变量一样方便。3使用网络通信协议编程的技术：网络通信协议是网络中传递、管理信息的一些标准，是计算机之间相互通信需要共同遵守的一些规那么1。网络通信协议通常被分为多个层次，每一层完成一定的功能，通信在对应的层次之间进展。LabVIEW中支持的通信协议类型包括TCP/IP、UDP、串口通信协议、无线网络协议与邮件传输协议。TCP/IP协议体系是目前最成功, 使用最频繁的Internet协议,有着良好的实用性与开放性。它定义了网络层的网际互连协议IP,传输层的传输控制协议TCP、用户数据协议UDP等。LabVIEW中为网络通讯提供了基于

12、TCP/UDP的通讯函数供用户调用。这样用户可直接调用TCP模块中已发布的TCP VI及相关的子VI来完成流程的编写，而无需过多考虑网络的底层实现。在设计上采用C/S客户端/效劳器通信模式，VI程序分为两局部：处理主机工作在Server模式，完成数据接收，并提供数据的相关处理；数据点计算机工作于Client模式，实现数据传送5。TCP传输数据过程如下：首先由发送端发送连接请求，接收端侦听到请求后回复并建立连接，然后开场传输，数据传输完成后关闭连接，传输过程完毕。4ADO技术：ADOActiveX Data Object是VC提供的又一种面向对象数据库开发技术。OLE DB可以访问数据库应用的能

13、力，但还需要编写大量的代码程序。ADO访问数据库是通过OLE DB提供程序进展的。ADO技术采用高层访问技术访问封装了的OLE DB中COM接口。它提多种语言的访问技术，包括VB、VC、VBA、VJ+，同时ADO还可以用描述的脚本语言访问cript、VC Script等，用ADO开发网页在客户机与效劳器应用程序中容易建立Internet虚拟仪器系统。4. IVIInterchargeable Virtual Instruments，可互换的虚拟仪器现状及其开展趋势。可查询IVI基金会的网站答：现状：IVI技术作为20世纪90年代末兴起的一种仪器驱动器技术，建立在VPP仪器驱动器标准的根底之上，

14、致力于实现仪器互换性与智能性。IVI驱动器通过一个通用的类驱动器实现对仪器的控制。采用IVI技术，可以降低软件的维护费用，减少系统停运时间，提高测试代码的可重用性，使仪器编程更简单。IVI 模型是IVI基金会在VPP技术标准根底上制定的一种驱动器设计标准，它通过定义类驱动器与专用驱动器并增加仪器仿真、状态缓存、量程监视等机制实现了局部通用仪器之间的互换，提高了测试程序的开发效率。但仍然存在以下的缺乏：1只适合同类仪器的互换，不能实现不同类仪器或某些具备两类、多类仪器功能的综合性仪器之间的互换；2IVI类驱动器只能统一某类仪器中80%的仪器功能,而其它20%功能只能通过专用驱动器来实现；3可用标

15、准较少，目前只完成了示波器、万用表、函数发生器、多路开关等仪器的类驱动器的标准化；4标准开放程度低，IVI模型只适合于通用仪器，对某些专用仪器如数据采集卡不适用。开展趋势：将较成熟的COM技术应用于IVI驱动程序的开发,发布组件式驱动程序，不再以仪器为中心，而是以信号为中心开发功能,甚至信号可互换的驱动程序。1组件式IVI：随着软件工业的组件化生产方式的兴起，仪器驱动器以组件的形式发布的研究正在悄悄地进，尤其是目前最为流行的Windows下的COMComponent object model组件与与平台无关的CORBA(common object request brokerch itectu

16、re,公共对象请求代理体系)组件。无论从软件组件的粒度，还是从组件的构造、功能看，仪器驱动器均具有组件鲜明的特点，是天然的组件实体。而且，组件完备的多线程与数据共享机制必将进一步提高系统的测试性能。2完备的仿真功能：目前IVI驱动器的仿真功能还十分有限，主要停留在调试阶段，而且仿真功能作为内置于仪器驱动器的功能函数下具有独立性。驱动器的仿真模块作为一个独立的功能实体应该具有与驱动器一样的地位，并且随着芯片处理速度的提高，实物仿真逐渐成为可能。因此，仿真驱动器应用于测试阶段并不遥远。3按信号可互换的仪器驱动器：随着ATE(automatic test equipment)技术的飞速开展，将测试过

17、程描述成对信号资源与被测信号源操作的指导思想逐渐成为测试技术的一个重要分支。显然，测试过程的最终目的是检测被测信号的特征，而不是仪器本身。目前，ATLAS(abbreviate test language for all system)就是以信号为根底的测试应用开发工具，已在解决复杂的测试问题中展现风采。对于仪器的使用，研究面向被测信号可互换的驱动器模型也相应地被提到日程上来。由于现有驱动器的构造已成定局，且按信号可互换的实现上存在较大的难度，因此可能的实现方法是在现有的根底上增加一层由功能可互换至信号可互换的映射，间接实现仪器驱动器的按信号可互换。5. 设计一台虚拟数字示波器，打印出前面板，

18、并画出软件的主要功能模块的构造框图与软件流程图。数字示波器前面板如下列图：主要功能模块：虚拟示波器主要由软件控制完成信号的采集、处理与显示。系统软件总体上包括数据采集、滤波、波形显示、参数测量、频谱分析及波形存储与回放等五大模块，其功能构造框图如下：数据采集模块波形显示模块信号测量模块数字滤波器模块波形存储回放模块频谱分析模块软件流程图YESNO取信号数据窗口输出数据处理波形输出继续测量开 始结 束 6. 网络控制论主要的研究内容包括哪几方面？答：网络控制论是新出现的、正在开展的、不成熟的新学科，要界定其学科研究内容是有难度的。但是为了研究与促进学科开展，在一定阶段内需要根据它的研究对象与学科

19、性质，明确学科研究的根本内容与范畴。网络控制论的研究对象涉及各种网络系统及其子系统。涉及这些系统内部与外部的各钟联系以及在各系统中运行的一切过程机制。主要研究内容那么集中于网络功能、网络构造、网络行为、管理行为、以及网络系统中信息的获取、传输、处理、分发、存储与融合行为。其所要研究的是整个网络系统的各个方面与各个层次的问题：从各种网络的拓扑构造到它的的各个子网的拓扑构造，从网络管理的体系构造到网络路由、流量的优化控制，从对各网络行为与过程的仿真到对气系统的性能评价，从单机的操作系统的平安到网络管理系统的平安、从各种网络系统的控制论特性描述到对其具体应用的分析。(1)线性网络控制系统的补偿与控制

20、问题。首先针对存在数据包丧失与不确定短时延的网络控制系统，构造丢包补偿器补偿时延的影响，将NCS建模为一类具有参数不确定性的离散切换系统，利用切换系统控制理论与线性矩阵不等式(linear matrix inequality，LMI)方法，给出了丢包补偿器与控制器设计的参数化方法。然后针对存在数据包丧失与时变长时延的网络控制系统，设计基于开环观测与闭环观测相结合的状态观测器，补偿数据包丧失与长时延对系统性能的影响，将观测误差系统建模为一类离散切换系统，分别给出了状态观测器与区域极点配置控制器的设计方法。(2)网络控制系统中的动态调度策略设计问题。提出了一种基于网络运行状态的动态调度器，通过实时调节控制系统的采样周期，调度网络中的控制数据，以适应网络中信息流的变化。动态调度器由网络状态监测器、网络状态预测算法、采样周期调节算法组成。监测器等间隔采集当前的网络状态，预测算法利用获取的网络状态，估计下一监测周期内的网络利用率。第 11 页