秦氏模型虚拟仪器及VMIDS开发系统的研究

论文摘要

测控仪器发展至今，大致可分为三种模式：传统硬件化仪器、现在流行的以软件为主体的虚拟仪器、智能控件化虚拟仪器。智能控件化虚拟仪器也称为秦氏模型虚拟仪器，本文对这一仪器模式的概念、形成原理、科学内涵、数学建模、软件构架，以及开发该模式仪器的零编程开发系统等方面展开了深入研究。 深层次论述了秦氏模型的概念、原理、科学内涵以及这一思想的深入发展——“岩石模型”等内容。秦氏模型虚拟仪器是一种新的仪器模式，智能虚拟控件是其核心内容。秦氏模型思想的基本内容是：将非智能虚拟控件经“功能赋予”后与仪器功能进行“测试融合”，从而形成“智能仪器单元”——智能虚拟控件，对这些智能虚拟控件进行积木式的随意拼搭，即可直接在PC机内形成成百上千、类型用途各异的虚拟仪器，并显示在屏幕上直接供用户使用。在秦氏模型思想中，“功能赋予”、“测试融合”和“积木式拼搭”是三个基本而重要的概念，是设计开发系统的理论与技术基础。文章从秦氏模型的概念、原理，智能虚拟控件的模型要素，基于“功能赋予”和“测试融合”的智能虚拟控件的形成原理，以及“功能赋予”和“测试融合”的具体实现——E-F函数等方面阐述了这一思想。智能虚拟控件的在大特点是使仪器中的功能模块与空间模型实现了融合，把仪器的功能、性能、控制关系等全部由记得融合于一个或几个部件之中，它的实现使仪器从传统的整机演变为部件，从根本上改变了仪器的设计与制造模式。智能虚拟控件的实现也使得仪器更高层次的集成成为可能。“岩石模型”是对秦氏模型的继承和发展，是对测试功能和仪器进行多次、深度的集成，在理论上对全部机械测试类仪器建立“有界无限”的统一模型，创成一个巨型仪器库。“岩石模型”大型仪器库的出现，结束了测试领域的单机时代，从此用户使用测试仪器将不仅以单机为使用单位，而且可以用一个包罗系列仪器在内的仪器库作为使用单位。 研究了系统建模五元模型和模块化建模方法，并以此建立了秦氏模型虚拟仪器开发系统模型、秦氏模型虚拟仪器统一模型，深入阐述了模型的组成结构。两个系统模型的建立，为秦氏模型虚拟仪器开发系统以及秦氏模型虚拟仪器的设计、开发提供了理论基础、统一的规范规则，提高了系统运行效率，增强了系统的可理解性，使得系统增量开发的速度得到大大提升。根据两个系统模型，通过对多种测控分析仪器的原理、功能、性能、精度指标和使用环境等的研究，论述了对虚拟仪器典型功能的模块化数学建模，建立了部分信号基本处理和扩展处理的数学模型。通过对虚拟控件界面技术的研究，提出了椭球体三维数据场可视化模型，详细阐述了其实现方法，并依据该模型，对虚拟选择开关进行了界面建模。同时

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 测试仪器的三种模式
• 1.2.1 传统硬件化仪器
• 1.2.2 虚拟仪器
• 1.2.3 秦氏模型虚拟仪器
• 1.3 虚拟仪器开发系统的研究现状
• 1.4 本文研究的意义
• 1.5 本文主要工作内容和创新
• 1.5.1 本文的主要工作
• 1.5.2 本文的创新点
• 2 秦氏模型
• 2.1 秦氏模型的概念
• 2.2 秦氏模型的原理与模型
• 2.2.1 非智能虚拟控件
• 2.2.2 功能“赋予”与“融合”
• 2.2.3 “E-F”函数与智能虚拟控件
• 2.2.4 仪器拼搭与拼搭场
• 2.3 岩石模型——“有界无限”大型仪器库的创成
• 2.3.1 岩石模型
• 2.3.2 岩石模型中的基本科学问题
• 3 秦氏模型虚拟仪器中的数学建模
• 3.1 系统建模与模块化建模方法
• 3.1.1 系统建模方法
• 3.1.2 模块化建模方法
• 3.2 秦氏模型虚拟仪器开发系统建模
• 3.2.1 虚拟仪器开发系统模型
• 3.2.2 数据获取接口
• 3.2.3 处理与控制
• 3.3 秦氏模型虚拟仪器统一建模
• 3.3.1 秦氏模型虚拟仪器统一模型
• 3.3.2 数据获取接口
• 3.3.3 处理与控制
• 3.3.4 结果输出接口
• 3.4 独立测试功能的建模
• 3.4.1 基本处理模型
• 3.4.2 扩展处理模型
• 3.5 椭球体三维数据场可视化模型——虚拟控件的界面建模
• 3.5.1 建立三维数据场的方法
• 3.5.2 椭球体三维数据场可视化模型
• 3.5.3 椭球体三维数据场可视化模型的算法实现
• 3.5.4 应用举例——虚拟选择开关的建模
• 4 基于秦氏模型的 VMIDS系统的软件构架
• 4.1 软件体系结构技术
• 4.1.1 软件体系结构的定义
• 4.1.2 软件体系结构的基本模型
• 4.1.3 软件体系结构的风格
• 4.1.4 软件体系结构的描述方法
• 4.2 层次消息总线模式（HMB）
• 4.2.1 HMB模式的描述
• 4.2.2 HMB模式的组成要素
• 4.2.3 HMB模式系统的特点
• 4.3 动态路由层次消息总线模式（DR-HMB）
• 4.3.1 DR-HMB的提出背景——HMB所存在的问题与分析
• 4.3.2 DR-HMB模式的描述
• 4.3.3 构件——智能虚拟控件
• 4.3.4 连接件——消息总线
• 4.3.5 配置
• 5 VMIDS2.0和3.0开发系统的研发
• 5.1 VMIDS开发系统的发展
• 5 .1 .1 VMIDS1.0
• 5 .1 .2 VMIDS2.0
• 5 .1 .3 VMIDS3.0
• 5.2 VMIDS3.0开发系统中智能虚拟控件的设计
• 5.2.1 控件的设计准则
• 5.2.2 非智能虚拟控件库的设计
• 5.2.3 仪器功能库的设计
• 5.2.4 智能虚拟控件的设计
• 5.3 VMIDS3.0开发系统中秦氏模型虚拟仪器的零编程拼搭
• 5.3.1 秦氏模型虚拟仪器的零编程拼搭机理
• 5.3.2 秦氏模型虚拟仪器的拼搭
• 5.4 秦氏模型虚拟仪器的典型应用
• 6 结论与进一步研究的设想
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 进一步研究的设想
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A.作者在攻读博士学位期间发表的论文和专著
• B.作者在攻读博士学位期间参加的项目
• C.作者在攻读博士学位期间获得的奖励
• D.作者在攻读博士学位期间取得经过鉴定的科研成果和专利
• E.开发成功的系列秦氏模型虚拟仪器
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书