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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
以嵌入式处理器为核心的机电控制系统已广泛应用于各行业。随着系统复杂度的提升，机电系统的设计面临两个尤为突出的题目：（1）系统中控制软件所占的比重越来越大。如何高效、敏捷、可靠地构建适应各行业需求的控制系统体系，减少（甚至避免）重复开发，增强系统中各部件的可重用性成为机电控制软件要解决的主要题目。（2）控制软件的分层体系，可以降低机电系统的设计难度，同时也要满足系统对实时性的需求。如何在机电系统设计的各个层面，自顶至下地考虑系统的实时性，做到实时性的上层可规划，底层可保证，成为机电系统软件设计的难点。本文从软件模块化设计思想入手，针对机电系统，把应用于系统控制的各种功能模块划分为：执行与感知模块、处理与控制模块两类。在系统底层，利用微内核和宏内核实时平台，分别为上述模块提供支撑；在系统上层，提出基于实时组件的机电系统模型驱动设计方法，为系统提供描述。实时组件间通过信号和槽的连接实现数据交换，在不破坏单个组件对象的完整性前提下，解决组件间的交互题目，从而降低了组件间的耦合度。同时，在组件中引入时间特性，建立组件模型图。利用图论的算法对机电控制系统的上层软件进行优化，主要包括：对系统软件的有效性和约束的检测；单时间约束的组件模型图最优化；提出带加权时间约束的组件模型图最优化题目（MAXW-COMG），并给出该题目是NP完全题目的证明。随后利用遗传算法解决该题目，并对比分析了该解法在实际工程中的可行性。基于上述理论，本文提出了机电控制系统整体设计模型。依照该模型设计了基于组件的机器人集成开发与仿真环境（RiDE）。在此体系下，组件被划分为不同层次。这种层次化设计，确保了机电系统软件各功能模块的重用性。在操作系统层面，剖析了实时操作系统特性及性能指标。提出使用统计理论通过响应时间分布曲线直观对比各系统实时性的方法。建模并分析了操作系统中断延迟特性，给出通用的系统中断最长响应延迟时间表达式。以此为基础对微内核实时控制平台（uC-PT）进行分析。由该平台组成的系统体积小、实时性强，它既适合作为感知构件的基础平台，又可自成体系独立构成机电控制系统。针对机电系统处理模块的需求，提出实时化宏内核系统的思想。分析了现有方法（RTAI）的不足，提出双中断入口的管理方法以减少系统中实时中断响应延迟，并以此为基础组建RTLinux-THIN内核。在同一硬件体系下，详细统计了4种典型应用环境下，标准Linux内核、RTAI内核以及RTLinux-THIN内核（包括锁定cache和非锁定cache）中，实时中断响应延迟特性。测试结果的大量（960,000份）样本利用分布图进行统计分析。其结果表明RTLinux-THIN系统内核的中断延迟和效率在上述各种环境中均为最优。本文所描述的设计方法和平台在实际工程系统中已经取得成功应用。三个机电系统（数控系统、模块化机器人控制器、工程车辆监控系统）的产业化，充分说明了文中所述方法的正确性、易用性和实际价值。 |
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发表于 2024-2-6 09:37:11
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