计算机测控技术

计算机测控技术

引言

•试验、测控与仿真技弟的会绍性课程

《仿真技本》、《计算机控制系统设计》、

《实时软作设计》等课程的综合

基本概念、重要理论、流行技术、思想方

法、研究成果、工程实例

测控系统概念、分布交互仿真理论、嵌入

懒软件强整分布测

柢拟与仿真系统

必事统分析、设计和综合为主，以软件构

架为王

VirtualInstrumentation-

ComputerBasedInstruments

第一章测控系统与分布式测控系统

•测控系统是计算机自动测量和控制(Computer

AutomatedMeasurementandControl,CAMAC)

系统的简称。它是自动控制技术、计算机科学、

微电子学和通讯技术有机结合、综合发展的产

物，是一门新兴的技术。它包括各种数据采集

和处理系统，自动测量系统，生产过程控制系

统，导弹、卫星的检测及发射控制系统等等,

广泛地应用于国防、科学研究和工农业生产的

各个领域。

•测控系统的种类繁多，功能和规模各异,

但其基本系统是由各种面向过程的功能

模块（称为过程接口，例如A/D、D/A、

DLDO、开关量输入、开关量输出等）

通过总线相互连接，并与计算机连接而

组成的。这种基本系统可以单独完成某

种自动测量和控制任务，也可以通过计

算机网络构成更大的系统，即分布式测

控系统。

分布式测控系统特征

•积木式结构，各功能模块心板隹化，使系统扩展

能力增强。各模块高度自治又相互配合，功能可根

据用户需要配置，设备可增可减。

多个子系统、分系统通过标准总线或通信网络构成

分布式系统，并实现测控数据的实时处理

处理机内部以及各子系统的互连采用多总线结构，

以提高处理速率和效率。

•采用硬件预处理机，使大部分数据运算处理，如数

据压缩、工程单位转换等均由预处理机来完成，从

而减轻主机负担。1

•多数据流输入，可以满足不同类型数据接口，使分

布式测控系统可为多种测控任务服务。

发展趋势

测控系统的开发应从系统的角度着眼，

其总趋势是向综合、集成和开放发展。

•测控系统的结构应该是开放的，功能应

该是综合的，并集成在一个系统之中。

对测控系统进行集成技术研究，构造基

于分布环境的标准化、模块化、系列化、

通用化的分布式测控系统已成为测控系

统的发展趋势。

测控系统诞生于本世纪的60年代，它的出现使人们

从事生产、科学实验、工作和生活的环境和状况发生

了深刻的变化，其基本要素包含以下三个方面：

•L测量和采集

就是对客观事物某一现象或过程的物理、化学和生

物参数进行测量、采集、显示和记录。这些任务需要

各种各样的传感器、测量装置和数据采集硬件系统来

完成。

•2,控制

就是对某一过程或试验对象的某些参数按预定的

要求或规律实行控制。这就需要有相应的控制硬件系

统实现和执行各种控制功能。

・3.计算机管理和操作'

现代的测量、数据采集和控制系统都是在计算机的

管理和操作下进行工作的。因此，现代的测控系统通

常都配制有相应的计算机及外设。

测控系统基本功能

测量和采集模拟输入信号的功能

接受数字信息和中断型数字信息的功能

测量脉冲量和频率量的功能、

模拟信号输出功能、

数字量输出功能

脉冲量输出功能

信号调理功能

校准功能

测控系统基本功能（续）

•采集数据的存储、显示和记录功能

•开环、闭环和复合控制功能

•系统仿真功能\

•数据回放、处理、提供图表和报告的功能

•系统升级、扩展及联网功能W

系统工作环境的抗干扰功能

航空试验技术

•总体上可分为航电系展测试和非航电系

统测试X

•按试验对象可分为飞机总体试验、发动

机试验、火控与武器系统试验、飞行控

制系统试验、液压系统试验、燃油系统

试验、环控系统试验、机载设备试验等

•按专业又可分为风洞试验、强度试验、

工艺材料试验、飞行试验、仿真试验等

•按功能又可分为科研探索性试验、产品

性能试验、环境与可靠性试验等

基于COTS的实时分布式测控系

统应满足以下窜求

•L功能需求

(1)具有实时采集和测量各种信息的能力；

(2)具有实时仿真运算的能力；

(3)具有对被测系统的各种控制能力；

•(4)具有产生所需各种激励信号的能力，并能根据

需要对信号实时控制；

(5)具有模拟与被测系统相接的其它系统的功能及

接口关系的能力；

(6)具有对测控数据、过程的记录分析、处理和存

档功能，并具有自动故障诊断的能力。

•2.结构需求

(1)采用开放式结构，标准化设计，具

有标准网络协议，标准计算机平台、标准

总线和标准接口；

(2)能适应多种总线标准，以便于系统

的集成；

•(3)应有利于系统重构；

•(4)允许扩充和升级，以适应可能的

型号试验和装备测控要求。

•3.性能需求X

•⑴满足实时性要求；

•(2)采用标准用户界面；\

•(3)具有数据采集、数据分析、瞬态

与动态数据存储、绘图、制表、报警、

产生报告等软件功能；1

(4)提供二次开发手段。

分布式测控系统集成的目标

（以航空领域为例）

•L满足航空测控系统对高速数藉采集、存储、显示

传输和时域及频域处理等功能的实时性要求；设计

具有较强实时处理能力的分布式测控系统。

2.满足航空测控系统对测控数据的要求；建立以

测控数据库为核心，实时测控网络为环境的分布式

测控系统，并最终实现试验数据共享。

3.满足航空测控系统对系统集成技术的要求；构

架通用的、具有较宽适应范围的硬件环境和软件平

台，并以此为基础，根据具体的应用背景来集成分

布式测控系统。

面向航空试验与测控的分布式

测控系统集成技术内涵

•L功能集成

测控技术是航空电子综合系统测试与非航

空电子综合系统测试的关键技术，它涉及飞机

设计技术，飞机整机总装测试技术、试飞数据

分析及飞机机上和外场地面综合测试等飞机的

全寿命测试过程；将为新型主战飞机、特种飞

机、直升机以及民用干线飞机的研制工作提供

可靠的技术支持与技术服务。因此，分布式测

控系统集成技术要解决参数测量、数据处理、

试验过程控制和试验管理等功能的集成，从而

提高航空领域的测试水平。

•2.结构集成

在结构上为了能适应各种规模的测控任务

的需求，要研究解决各类硬件模板的集成以及

在异构和分布环境下设备的互连、数据通信和

设备互操作等问题。根据具体的应用规模，分

布式测控系统的集成在结构上可分为三个层次,

即工程师站级集成、子系统级集成和系统级集

成。

•3.信息集成

•为了使分布式测控系统能够协调工作，必

需建立一个内部可以操作的运行环境，使各部

分能及时地获得所需的信息。因此要把测控过

程中的有关信息以数据库为核心集成起来，构

成集成信息系统，其核心就是测控数据库。

•4,集成环境

今后测控系统的总趋势是向数字化，综合化和

标准化发展，在使用中要求具有实时性，灵活

性，可扩性，可移植性，推广采用工业标准软

件包。在软件设计中考虑到确保数据的完整性,

易于建