论文研究-基于OMAP3530的网络化实时控制器设计与开发 .pdf

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基于OMAP3530的网络化实时控制器设计与开发,赵洪一,庄迁政,本文设计的网络化实时控制器,以基于达芬奇系列的双核处理器OMAP3530架构为硬件平台,以Linux、DSP/BISO为操作系统,结合Matlab/RTW作为控��
国武技论文在线 图 硬件系统 软件系统设计 双核操作系统层 双核操作系统位于硬件系统之上,身负管理全部软、硬件资源的重任。在整个体系结构 中,在 操作系统的基础上增加了 实时系统,来控制实时任务的运行;同时, 位于内核中的设备驱动,为用户层应用软件的运行提供了方便而有效的支持。目前,为增加 的实时性,方法主要有两种:双内核和修改内核的方法ε修改内核的方法,在现有内 核的基础上重新对任务作调整,将非实时核作为实时内核中的一项优先级最 低的任务来托管所有的非实时任务。采用双内核的方法,是指尽量少的修改代码,保 持了系统的通用性和稳定性,因而被用户广泛的使用。 正是这样例子的的典型 实现。由核负责总体任务的调度,负责文件系统、协议栈、网络通信及驱动开发等方 面 核负责算法和数据的扃速处理。而在刈核处理器中最难实现的是双核间的扃效数 据和信息的父互问题。为用户解决了此问题,开发了 软件,采用定义了个组 件实现了双核间的高速数据和信息交互。因此,在本系统中, 通过网络协议负责接收 上位机发送的可执行文件并将其分配给 负责高效的数据处理,然后将结果发 再将其传送至上位机 是操作系统层通信的桥梁,操作系统层 通信见图 Shared memor PRON ARM PROC DSP APP TEiFcARN NOTIFY 图操作系统通信 上位机软件设计 位机软件,经 设计控制算法,由上位机产生的可执行文件运行在 上的。在网络化控制系统中,网终根据数据处理结果,产生控制信息。在此基础上选用 作为上位机监控软件接收由 实时数据信息,可以随时任意修改参 数,极大的方便了开发人员的调试工作 国武技论文在线 应用程序开发 应用程序的设计是基于网络应用的需求而开发的。对于一个网络化控制器需要完成的功 能主要有:①接受来自客户机发送过来的可执行文件并立即执行;②网终化控制器算法运行 过程中的参数和状态能够上传至机,同时能够接收机发送过来的命令,例如参数修 改;③每个网终化控制器既可以做单独的控制器使用,又可以作为网络化执行器应用和网终 化控制系统中。本文基于以上功能,在用户开发层开发了算法接收服务器、数据监控服务器 以及网络化实时应用服务器。三者在系统中的结构如图所小。 在线实时算法下载 实时监控 卜载算法 上 Cantrall 图应用程序的设计结构 算法接收服务器 算法接收服务器程序,用于接收网络中机发送过来的可执行文件并立即执行。为保 证文件接收的正确性与完整性,应采用面冋连接的、可靠的作为传输层协议,并通过 监听算法接收服务端口。本文将算法接收服务器设计成为一个仅能当前接收的 可执行文件创建了进程空间的并发服务模块,用于保证网络化控制器只执行最近接收的文 件 数据监控服务器 在网络化控制实验中,为完成对某一被控对象的控制目标,在线监控设备的状态并调整 算法的参数,是非常重要的技术于段。本文选用 作为上位机监控软件并在网 终化控制器中开发了数据监搾服务器,以实现现场数据采集、实时和历史数据处理、报警机 制、流程控制、动画显示等功能。在本系统中,监控程序对系统的采样有一定的延时,他最 小可准确监控的采杵时间约为,对于更小的采样时间,他会产生采样延时,使监测得 到的周期变短。但对于工业控制响言,这样的采样周期完全可以满足工业需要 网络化实时应用服务器 控制器与执行器、控制器与传感器之间的数据传输通过网络完成的。考虑到协议 不需要建立连接、不需要维护连接状态,所以传输协议采用网络化控制器服务器主 要负责接收执行其服务器发送的数据,并根据此数据运用设定的控制算法计算出输出数据, 并发送至执行器服务器;网终化执行器服务器接收网终化控制器服务器发送过来的数据,并 产生输出信号。工作过程如图所示。 国武技论文在线 网络化控制器网络化执行器 感器数据 AD样值 D采释 控制算法 UDP 输出数据 图网络化实时控制流程图 实验数据分析 为验证设计的网络化控制器的实时性,目前进行了以下测试,结果比较理想,可以应用 其进行复杂对象的网终化实时控制中。图展示了单容水箱系统。 实验步骤如下: 在 环境下,改计一个简单的姿态控制框图。只体参见图 配置好网络,通过 中的 编译下载至网络化控制器中 使用 监控网络化控訇器中控制参数、传感器信息,特别地根据实际角度 输岀,在线调整的增益值,已达到控制要求,调整后的实验数据参见图所 小 实验结果表眀,此网络化控制器可以完成整个掉制仟务所需的最小执行时间为 口*口2 BsttaTagd 水箱控制监控图 现素值 图水箱控制效果图 结论 木设计提供了一个完整的网络化实时控制系统廾发方案,即选择基于 的嵌 入式硬件系统平台,嵌入式操作系统。为了淸足快速开发以及实吋性的保证,本文选 国武技论文在线 取了 以及双操作系统结合的方案,在机与控制器之间构建基」网络的通讯 服务器,是控制算汯及参数能够通过网络在控制器、监控设备之间实时传输和显示。经实验 验证,该网络化控制器在稳定性和实时性方面取得了良好的效果,可作为网络化控制进一步 发展的参考,和控制教学、研究和实验平台 参考文献 庞中,刘国平,郑耿,萱哲基于 的网络化控制系统快速实现化工自动化及仪表

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