基于云端服务的开放式计算机控制实验系统设计与开发

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随着计算机控制技术的发展以及控制实验平台的深入改革,各高校实验室和研究所对于计算机控制实验系统的要求越来越高。如何满足用户不受时间、地域限制,允许多用户同时在线实验,借助互联网优势实现实验室固有硬件资源效能最大化日益成为研究的热点。云计算与大数据的出现为实验平台改革提供一个良好契机。目前,大多数实验平台存在上述开放性不足的问题,基于计算机控制系统课程,提出了基于云端服务的开放式计算机控制实验系统的设计方案,并加以实现。
  本文设计的基于云端服务的开放式计算机控制实验系统将采用基于HTTP通信协议及MVC功能接口的云服务端、用户端、设备管理端、监控端的“四位一体”设计模式。云服务端主要开发云数据库、模型辨识库和优化算法库,用于用户信息、算法数据信息、设备信息的存储管理以及被控对象模型辨识、控制器参数优化算法研究。将UMDA算法和PSO算法置于云服务端,提高算法的共享性以及系统的开放性;用户端采用C#编写,供用户开发算法,通过网络摄像头实时查看实验情况;设备管理端采用C#WinForn编写,用于管理控制实验系统被控对象硬件的工作状态。硬件设备采用DSP为数字处理器,利用单相隔离型调压模块驱动直流伺服电机;监控端采用网页版的形式用于管理用户信息,发布实验公告,监控用户实验过程等。
  本文的主要工作如下:
  (1)设计系统的整体方案,确定开发框架。
  (2)设计系统的被控对象及控制接口系统硬件结构,包括电机、驱动器、制动器的选择、DSP最小核心模块,通讯电路,DSP外围电路,恒流源电路等。
  (3)设计系统的软件结构,包括云服务器端编程,用户端软件,监控端软件、设备管理端软件。
  (4)在完成了系统软硬件设计之后,本文以电机调速系统为研究对象,以对象模型辨识实验、常规PID实验、单神经元PID实验等典型实验为例,验证系统稳定性分析实验结果,为后续设计云端开放式服务提供样本数据。
  (5)设计基于云端的开放式服务,针对于模型辨识问题,提出了基于分布估计(UMDA)的辨识算法,针对PID参数优化问题,采用改进的粒子群(PSO)优化算法。
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