【正文】 nux 或任何一種操作系統(tǒng)，用戶只要用特殊的啟動(dòng)盤(pán)啟動(dòng)目標(biāo)機(jī)。該啟動(dòng)盤(pán)內(nèi)包含了高度優(yōu)化的 xPC目標(biāo)實(shí)時(shí)內(nèi)核。 （ 1） 目標(biāo)啟動(dòng)盤(pán) xPC 目標(biāo)采用了目標(biāo)啟動(dòng)盤(pán)的方式，這樣省去了安裝軟件、更新現(xiàn)有的軟件設(shè)置或訪問(wèn)的目標(biāo)PC機(jī)上硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的需要。這樣用戶可以將目標(biāo)機(jī)作為測(cè)試實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)仿真機(jī)使用，而當(dāng)完成測(cè)試后，又可以把目標(biāo)機(jī)當(dāng)成一臺(tái)臺(tái)式計(jì)算機(jī) 使用。 （ 2） 目標(biāo) PC 機(jī)的 BIOS設(shè)置 采用較新的 BIOS 可以對(duì) xPC 目標(biāo)機(jī)進(jìn)行配置，因此，可以更好的控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。如，關(guān)閉外部緩存和 CPU的緩存，禁止對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行檢索，關(guān)閉任何節(jié)省電能的特性。 xPC 目標(biāo)的內(nèi)核只能運(yùn)行在 PC 兼容機(jī)的系統(tǒng)上。對(duì)于每種類(lèi)型的 PC 兼容機(jī)，其關(guān)鍵部分就是BIOS，而 BIOS是 xPC 目標(biāo)實(shí)時(shí)內(nèi)核所需的唯一軟件。 調(diào)入實(shí)時(shí)內(nèi)核后，目標(biāo)機(jī)將不再調(diào)用 BIOS 或 DOS 函數(shù)功能。所有 CPU 主板上的資源都是通過(guò)I/O地址進(jìn)行訪問(wèn)。 （ 3） 實(shí)時(shí)內(nèi)核 實(shí)時(shí)內(nèi)核在開(kāi)始運(yùn)行之后，將顯示出有關(guān) 主機(jī) 和目標(biāo)機(jī)通信連接 的友好信息。內(nèi)核將激活應(yīng)用程序載入程序，并等待從 主機(jī) 上下載目標(biāo)應(yīng)用程序。載入程序的作用是接受代碼，并將代碼的不同部分復(fù)制到指定的內(nèi)存區(qū)域，然后設(shè)置目標(biāo)應(yīng)用程序處于準(zhǔn)備執(zhí)行狀態(tài)。這時(shí)用戶可以使用 xPC目標(biāo)提供的函數(shù)或其他程序與目標(biāo)程序進(jìn)行通信。 （ 4） 目標(biāo) PC 堆棧 目標(biāo)應(yīng)用程序的初始化代碼將剩余的未使用的 RAM 作為堆棧。堆棧中可用的內(nèi)存將顯示在目標(biāo)機(jī)屏幕的左側(cè)。默認(rèn)情況下 xPC 所占用的內(nèi)存大小為 4MB。通常，由于在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中需要采集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因而堆棧中大部分內(nèi)存用于信號(hào)記錄。 信號(hào)的采集和分析功能 xPC 目標(biāo)的信號(hào)采集過(guò)程是通過(guò)實(shí)時(shí)內(nèi)核來(lái)完成的。實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在目標(biāo)機(jī)的RAM中，可用來(lái)進(jìn)行分析。 xPC目標(biāo)程序支持已下類(lèi)型的信號(hào)采集方式： （ 1） 信號(hào)監(jiān)視模式。 （ 2） 信號(hào)記錄模式。 （ 3） 信號(hào)跟蹤模式。 參數(shù)調(diào)節(jié)功能 在目標(biāo)應(yīng)用程序運(yùn)行前或運(yùn)行中有很多 Simulink模塊的參數(shù)是可以改變的。例如， Sine Wave模塊的可變參數(shù)包括振幅和頻率。對(duì)于 xPC目標(biāo)，可以采用如下兩種方式對(duì)模塊參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)： （ 1） 交互方式。 xPC 目標(biāo)支持在目標(biāo)應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)參數(shù)進(jìn)行交互式的調(diào)整，對(duì)參數(shù)的改變將立即反 映到信號(hào)輸出中。 （ 2） 腳本和批處理過(guò)程。 xPC 目標(biāo)還提供了可在目標(biāo)程序運(yùn)行時(shí)或運(yùn)行間改變參數(shù)的命令。用戶可通過(guò)編寫(xiě)腳本程序來(lái)改變參數(shù)并對(duì)信號(hào)輸出進(jìn)行監(jiān)視來(lái)獲得參數(shù)的最佳值。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 xPC 目標(biāo)的硬件環(huán)境 硬件環(huán)境由主機(jī)、目標(biāo)計(jì)算機(jī)、 目標(biāo)計(jì)算機(jī)上的 I / O 板系列、 主機(jī)和目標(biāo)計(jì)算機(jī)的串行連接或者網(wǎng)絡(luò)連接共同組成 。 主機(jī) PC—— 臺(tái)式電腦、筆記本電腦 目標(biāo) PC—— 臺(tái)式電腦、工控機(jī)、 PC 104 和 CompactPCI 主機(jī)與目標(biāo)機(jī)連接 —— RS232串行或 TCP / IP網(wǎng)絡(luò) I/O 驅(qū)動(dòng)的支持 —— 模擬、數(shù)字、能、通用接口 總線、 RS23 UDP連接 ,計(jì)算器 , 定時(shí)器和信號(hào)處理 主機(jī) PC 可以使用任何 帶有 Microsoft Windows 平臺(tái)支持的 MathWorks 的電腦 作為 主機(jī) PC。 同時(shí) ,它必須包含 有 ,一個(gè) 獨(dú)立 的串行 口或 一個(gè)以太網(wǎng)適配器卡。 主機(jī)電腦可以是下列之一 ： 臺(tái)式電腦 筆記本電腦 目標(biāo) PC 可以用任何 帶有 英特爾 386/486/Pentium 或 AMD K5/K6/Athlon 處理器 的 PC作為 目標(biāo)計(jì)算機(jī)。同樣 ,它必須包含一個(gè) ,一個(gè) 獨(dú)立 的串行 口 或一個(gè)以太網(wǎng)適 配器卡。使用 xPC目標(biāo) 嵌入式選項(xiàng) ,你可以 將 轉(zhuǎn)換成 硬盤(pán)或閃存。 目標(biāo)計(jì)算機(jī)可以是下列之一 ： 臺(tái)式電腦 —— 這臺(tái)電腦將從一個(gè)用 xPC 目標(biāo)創(chuàng)建的特殊的目標(biāo)啟動(dòng)盤(pán)啟動(dòng)。 當(dāng)你從目標(biāo)啟動(dòng)盤(pán)啟動(dòng)目標(biāo) PC 時(shí)， xPC 目標(biāo)開(kāi)始采用目標(biāo) PC（ PCU、 RAM、串行口或者網(wǎng)絡(luò)連接）上的資源，但是并不改變已經(jīng)在存儲(chǔ)在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)上的文件。 當(dāng)你已經(jīng)將臺(tái)式電腦作為目標(biāo) PC 之后，你可以重啟電腦，而不需要目標(biāo)啟動(dòng)盤(pán)， 并且恢復(fù)對(duì)您的臺(tái)式計(jì)算機(jī)的正常用途。 工控機(jī) —— 這類(lèi)電腦必須從特殊的目標(biāo)啟動(dòng)盤(pán)啟動(dòng)，或者通過(guò) xPC 目 標(biāo)嵌入式選項(xiàng)，從硬盤(pán)或者閃存上啟動(dòng)。 當(dāng)使用工控機(jī)作為目標(biāo) PC 時(shí)， 你可以選擇 CompactPCI PC10 PC104,或 singleboard 計(jì)算機(jī) (SBC)的硬件。 不需要任何特殊的目標(biāo)硬件。但是，目標(biāo) PC 必須是一個(gè)完整的 PC 兼容系統(tǒng)，并且包含一個(gè)可用串行口或者一個(gè)與 xPC 兼容的以太網(wǎng)卡控制端口。 HostTarget連接 xPC 目標(biāo)支持在之際 PC 和目標(biāo) PC 之間兩種形式的連接 通信協(xié)議：串行和網(wǎng)絡(luò)。 串行 —— 主機(jī) PC 和目標(biāo) PC 直接通過(guò) RS232 端口，直接用一根串行總線連 接在一起。這條電纜可以看成是一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，它最長(zhǎng)可以達(dá) 5 米，傳輸速度在 1200 到 115200B 變動(dòng)。我們通過(guò)xPC 目標(biāo)軟件提供一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，如圖 42； 網(wǎng)絡(luò) —— 主機(jī) PC 和目標(biāo) PC 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相連接。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以是局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者通過(guò)交叉 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 線纜直接連接。主機(jī) PC 和目標(biāo) PC 用以太網(wǎng)適配卡與網(wǎng)絡(luò)連接并通過(guò) TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行通信。 當(dāng)使用網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，目標(biāo) PC 可以使用裝有 xPC 目標(biāo)的以太網(wǎng)適配卡以及任意一款兼容的網(wǎng)卡。數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到 10M/S 甚至 100M/S，如圖 43。 I/O驅(qū)動(dòng)的支持 xPC 目標(biāo)支持多種系列的 I/O 板塊。其中包括 ISA、 PCI、 PC/104 和 CompactPCI 等硬件。驅(qū)動(dòng)由 Simulink 塊代表。用戶與驅(qū)動(dòng)的交流是通過(guò) Simulink 塊和參量對(duì)話框?qū)崿F(xiàn)的。 I/O 模塊庫(kù) —— I/O 驅(qū)動(dòng)庫(kù)包含 xPC 目標(biāo)的 Simulink 塊。從 I/O 模塊庫(kù)拖拉模塊將 I/O 驅(qū)動(dòng)與你的模型相連接，方法跟連接 Simulink 標(biāo)準(zhǔn)塊一樣。 I/O 支持 —— I/O 驅(qū)動(dòng)庫(kù)包含 150 種以上的標(biāo)準(zhǔn)模塊。 I/O 板接通目標(biāo) PC 擴(kuò)展插槽， PC104 堆棧，或者工控機(jī)底盤(pán)。 還有 ， 支持模塊插入 IP 或 PMC 載體 板塊。 xPC 目 標(biāo)支持以下的 I / O 功能 ： (A / D)和模擬輸出 (D / A)—— 界面感應(yīng)器與驅(qū)動(dòng)器目標(biāo)程序 。 —— 界面開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)設(shè)備和 同步 交流信息 。 支持 —— 用 COM1 或者 COM2 端口與外部設(shè)備進(jìn)行串行通訊。 支持 —— 你可以用 產(chǎn)自 AG GmbH 的 CANAC2,CANAC2PCI,CANAC2104 板 ，它擁有 令客戶滿意的 并擁有 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò) 的驅(qū)動(dòng)界面 。這個(gè)界面提供一個(gè)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)之間的交流和遠(yuǎn)程目標(biāo)程序感應(yīng)器與驅(qū)動(dòng)器。 這個(gè)界面通過(guò)目標(biāo)程序和 遠(yuǎn)程目標(biāo)程序感應(yīng) 器與驅(qū)動(dòng)器 之間的 CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信。 XPC 目標(biāo)的 CAN 驅(qū)動(dòng)都負(fù)荷 CAN 規(guī)格 和 ，可以采用動(dòng)態(tài)客體模式。 支持 —— 特殊 RS232 驅(qū)動(dòng)支持與與 GPIB 控制模塊的通信，該模塊來(lái)自傳統(tǒng)設(shè)備與外部設(shè)備的 GPIB 連接器。 支持 —— 使用標(biāo)準(zhǔn) UDP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信。 —— 使用記數(shù)定時(shí)器，通過(guò)調(diào)制接調(diào)程序來(lái)測(cè)量脈沖平率和脈寬。 —— 如果某應(yīng)用程序無(wú)響應(yīng)，監(jiān)控中斷或者寄存位置，并且重啟電腦。 —— 改變成數(shù)字信息的運(yùn)動(dòng) ,確定位置的旋轉(zhuǎn)方向和 速度 。 —— 通過(guò)多處理應(yīng)用 使用共享內(nèi)存塊 [4] 控制系統(tǒng)模型完善和實(shí)時(shí)仿真 按照?qǐng)D 44的控制系統(tǒng)的原理框圖對(duì)圖 3進(jìn)行修改得到如圖 45所示的生成目標(biāo)應(yīng)用程序所需的 Simulink模型。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 圖 44 控制系統(tǒng)原理框圖 A/D卡選擇的為 Advantech PCL818HD D/A卡選擇的為 Advantech PCL726 圖 45 控制系統(tǒng) Simulink模型 創(chuàng)建目標(biāo)應(yīng)用程序 （ 1）啟動(dòng)目標(biāo)機(jī)。 （ 2）設(shè)置實(shí)時(shí)仿真參數(shù)。如圖 46~圖 47所示。 圖 46 設(shè)置完成的 Solver 其中： Start time為起始時(shí)間 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 Stop time 為停止時(shí)間，設(shè)置為 inf為無(wú)窮，手動(dòng)停止。 Type 選擇為定步長(zhǎng) Fixed step size 步長(zhǎng)設(shè)置為 圖 47 系統(tǒng)目標(biāo)文件 按照如上設(shè)置完參數(shù)后，創(chuàng)建目標(biāo)應(yīng)用程序。在編譯、連接和下載過(guò)程完成之后，會(huì)生成一個(gè)包含了屬性和相關(guān)方法的目標(biāo)對(duì)象，該對(duì)象的默認(rèn)名為 tg。 實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析 通過(guò)實(shí)時(shí)仿真和穩(wěn)定性測(cè)試后，運(yùn)用創(chuàng)建的目標(biāo)應(yīng)用程序進(jìn)行 4組實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件如表 41所示。 表 41實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)二 實(shí)驗(yàn)三 實(shí)驗(yàn)四 繞 X 軸 幅值 0 0 5? 3? 相位 0 0 0 0 頻率 0 0 繞 Y 軸 幅值 0 0 0 3? 相位 0 0 0 90? 頻率 0 0 0 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 28 表 41續(xù) 實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)二 實(shí)驗(yàn)三 實(shí)驗(yàn)四 繞 Z 軸 幅值 0 0 5? 0 相位 0 0 90? 0 頻率 0 0 0 沿 X 軸 幅值 100mm 100mm 0 50mm 相位 0 0 0 0 頻率 0 沿 Y 軸 幅值 100mm 0 0 50mm 相位 90? 0 0 90? 頻率 0 0 沿 Z 軸 幅值 0 100mm 0 30mm 相位 0 90? 0 0 頻率 0 0 依照上面 4組數(shù)據(jù)進(jìn)行 4組實(shí)驗(yàn)并存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 記錄與 分析 1．實(shí)驗(yàn)一給定位姿，如圖 48 所示。 圖 48 實(shí)驗(yàn)一給定位姿 實(shí)驗(yàn)一 1~3 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖 49 所示。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 圖 49 實(shí)驗(yàn)一 1~3 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)一 4~6 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖 410 所示。 圖 410 實(shí)驗(yàn)一 4~6 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 2．實(shí)驗(yàn)三給定位姿如圖 411 所示。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 圖 411 實(shí)驗(yàn)三給定位姿 實(shí)驗(yàn)三 1~3 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖 412 所示。 圖 412 實(shí)驗(yàn)三 1~3 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 實(shí)驗(yàn)三 4~6 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 如圖 413所示。 圖 413 實(shí)驗(yàn)三 4~6 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 3．實(shí)驗(yàn)四輸入位姿如圖 414和圖 415所示。 圖 414 實(shí)驗(yàn)四給定位移 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 圖 415 實(shí)驗(yàn)四給定姿態(tài) 實(shí)驗(yàn)四 1~3 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖 416 所示。 圖 416 實(shí)驗(yàn)四 1~3 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)四 4~6 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 如圖 417所示。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 圖 417 實(shí)驗(yàn)四 4~6 號(hào)缸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 通過(guò)對(duì)比實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)重合度高，可以驗(yàn)證算法的正確性。本論文的算法以及用此算法建模得到的控制系統(tǒng)能用運(yùn)用于六自由度平臺(tái)的控制。 本章小結(jié) 本章介紹了 xPC 環(huán)境下的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，運(yùn)用 xPC 環(huán)境下的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，進(jìn)行了實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)，比與仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，來(lái)驗(yàn)證算法的正確性。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 2022 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 5 總結(jié) 本論文 采用矩陣分析方法，通過(guò)建立兩個(gè)直角坐標(biāo)系和靜坐標(biāo)系，推出了體坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系之間的變換矩陣及其液壓缸上下鉸支點(diǎn)的坐標(biāo)向量矩陣，由此確立了轉(zhuǎn)臺(tái)輸入構(gòu)件 與輸出構(gòu)件之間的位置關(guān)系，從而解決了六自由度轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)的位置反解，然后依據(jù)位置反解方程搭建出控制系統(tǒng)的模型問(wèn)題，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，初步驗(yàn)證方法的可行性，為進(jìn)一步實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。同時(shí)考慮到一定得實(shí)際情況，為使信號(hào)平穩(wěn)的輸入，使平臺(tái)平穩(wěn)的升到中位，加入漸縮漸放模塊，以達(dá)到預(yù)期的效果，之后介紹了 xPC環(huán)境下的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，運(yùn)用 xPC環(huán)境下的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) ，進(jìn)行了實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)，比與仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，來(lái)驗(yàn)證算法的正確性。 但是由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，本論文中驗(yàn)證方法并非實(shí)際所用驗(yàn)證