廖洪波+朱文亮+王永宏+范大鵬

摘 要：光電伺服控制軟件作為光電穩(wěn)定平臺(tái)的重要組成之一，如何進(jìn)行有效調(diào)試是工程技 術(shù)人員越來越關(guān)注的問題。針對(duì)光電伺服控制軟件的特點(diǎn)，分析了其在調(diào)試過程中存在的用傳統(tǒng) 調(diào)試方法難以解決的問題?；谶@些問題，提出了一種專門針對(duì)此種軟件調(diào)試的頂層方案，論述 了調(diào)試工具的功能需求和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，采用模塊化編程思想，構(gòu)建了調(diào)試工具的頂層框架。

關(guān)鍵詞：光電伺服控制軟件；調(diào)試工具；框架設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311.56 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-5048（2014）01-0057-04

TheTopFrameworkDesignandApplicationofDebugging ToolforOptoElectronicServoControlSoftware

LIAOHongbo，ZHUWenliang，WANGYonghong，F(xiàn)ANDapeng

（NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，China）

Abstract：Optoelectronicservocontrolsoftware（OESCS）isanimportantcomponentoftheopto electronicstabilizedplatform，engineerspaymoreandmoreattentiontothedebuggingproblem.Thispa perstartsfromtheanalysisofthecharacteristicsofOESCS，theproblemsofOESCSdebuggingprocess whichisdifficulttosolvebyusingtraditionalmethodarestated.Accordingtotheseproblems，thespecial isticdebuggingtoolforOESCSisdesigned.Thefunctiondemandanddesignessentialsarediscussed，and thetopframeworkofdebuggingtoolisconstructedusingthemodularprogrammingidea.

Keywords：optoelectronicservocontrolsoftware；debuggingtool；frameworkdesign

0 引 言

光電穩(wěn)定平臺(tái)的目的在于隔離載體擾動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)光電探測(cè)器視軸穩(wěn)定和精確瞄準(zhǔn)等功能。光電 伺服控制系統(tǒng)作為平臺(tái)的核心組成之一，它的實(shí) 現(xiàn)直接關(guān)系到光電穩(wěn)定平臺(tái)是否能夠正常工 作[1-2]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字伺服控制系 統(tǒng)越來越多地應(yīng)用于光電伺服控制中。相對(duì)于模 擬控制而言，數(shù)字控制的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易標(biāo)準(zhǔn)化，具有很高的噪聲容限，可通過軟件實(shí)現(xiàn)更為復(fù) 雜的控制律[3-5]。數(shù)字伺服控制系統(tǒng)是通過軟件編 程的方法實(shí)現(xiàn)各種控制算法和各項(xiàng)控制功能，從 而形成一套針對(duì)目標(biāo)對(duì)象的伺服控制軟件，但此 軟件從研制開發(fā)到形成產(chǎn)品，需要經(jīng)過反復(fù)的調(diào) 試、測(cè)試和驗(yàn)證過程，需要花費(fèi)工程技術(shù)人員大量 的時(shí)間和精力，還不一定取得比較好的效果。因此 為了把工程技術(shù)人員從繁重的程序調(diào)試工作中解 放出來，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件各項(xiàng)功能的測(cè)試，需要開 發(fā)一種針對(duì)此種軟件的專用調(diào)試工具。

本文從分析光電伺服控制軟件調(diào)試過程中存 在的問題角度出發(fā)，提出解決問題的方案，即設(shè)計(jì) 一種服務(wù)于此種軟件調(diào)試工作的調(diào)試工具。通過對(duì)調(diào)試工具的功能需求和設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題分析，構(gòu) 建其頂層結(jié)構(gòu)框架，為調(diào)試工具的具體實(shí)現(xiàn)提供 軟件框架設(shè)計(jì)方面的依據(jù)。

1 光電伺服控制軟件調(diào)試中的問題分析

1.1 軟件特點(diǎn)分析

光電伺服控制系統(tǒng)中的電流環(huán)回路，由模擬 控制器實(shí)現(xiàn)；位置預(yù)定回路、速度控制回路、陀螺 穩(wěn)定控制回路和跟蹤控制回路都由數(shù)字控制器實(shí) 現(xiàn)。目前，在數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)過程中，dSPACE 半實(shí)物仿真系統(tǒng)由于實(shí)時(shí)性、控制器設(shè)計(jì)和驗(yàn)證 快速性等優(yōu)異性能，在光電伺服控制系統(tǒng)開發(fā)中 得到越來越廣泛的應(yīng)用，已成為光電伺服控制系 統(tǒng)中各控制回路控制器設(shè)計(jì)和驗(yàn)證必不可少的工 具。然而，光電伺服系統(tǒng)各控制回路的實(shí)現(xiàn)是以 DSP（TMS320F2812）主控芯片為硬件基礎(chǔ)，在集成 開發(fā)環(huán)境（CCS）中基于C語言的編程實(shí)現(xiàn)的，并 通過調(diào)試-修改-調(diào)試的過程，形成一套完整的 為光電穩(wěn)定平臺(tái)伺服控制服務(wù)的軟件系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1中，各控制回路控制器設(shè)計(jì)和驗(yàn)證是在 dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)中完成，以各回路控制器 為基礎(chǔ)的光電伺服控制各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)是在DSP 中編程實(shí)現(xiàn)的。雖然光電伺服系統(tǒng)所需功能根據(jù) 任務(wù)需求有所不同，但它們通常都包括以下幾個(gè) 主要功能：穩(wěn)像功能，隔離載體擾動(dòng)對(duì)圖像的影 響；位置鎖定功能，根據(jù)控制指令，使平臺(tái)視軸指 向預(yù)定的角度位置；搜索功能，根據(jù)控制指令，在 慣性空間內(nèi)按照設(shè)定方式和范圍運(yùn)動(dòng)并搜索目標(biāo)； 跟蹤功能，讓平臺(tái)自動(dòng)跟蹤目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位和瞄準(zhǔn)；上電自檢和故障診斷功能，檢測(cè)各 傳感器工作是否正常，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)信息的初始化， 初步實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)常見故障的自診斷；通信功能，實(shí) 現(xiàn)平臺(tái)與上位機(jī)或者其他信息節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交 換。為了降低編程的復(fù)雜性，增加程序的通用性， 采用模塊化的編程思想[1-2]，依據(jù)各功能需求，對(duì) 軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化劃分，如圖2所示。

1.2 軟件調(diào)試過程中存在的問題

通過對(duì)光電伺服控制軟件特點(diǎn)的分析發(fā)現(xiàn)， 在光電伺服控制軟件的調(diào)試過程中存在以下幾個(gè) 方面亟待解決的問題：

（1）在軟件調(diào)試過程中，為了檢測(cè)各傳感器 的信號(hào)是否正常，需要在不中斷程序運(yùn)行的情況 下對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同樣，光電伺服控 制系統(tǒng)由于多任務(wù)需求，存在多功能工作模式，面 臨在不同工作模式之間進(jìn)行切換的問題，需要在 線修改DSP軟件程序中的指定變量，用傳統(tǒng)的調(diào) 試手段難以得到圓滿解決；endprint

（2）光電伺服控制系統(tǒng)的調(diào)試是在工廠或者 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成的，而實(shí)際使用環(huán)境較調(diào)試環(huán) 境復(fù)雜很多，也更為惡劣，需要在調(diào)試環(huán)境下建立 一套模擬外部工作環(huán)境的硬軟件系統(tǒng)對(duì)光電伺服 控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，故存在與外部硬軟件環(huán)境之 間進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的問題。

由于光電伺服控制軟件調(diào)試過程中存在的問 題有很強(qiáng)的專業(yè)性，用傳統(tǒng)的軟件調(diào)試方法很難 得到圓滿解決，故本文提出了設(shè)計(jì)一種針對(duì)此軟 件的調(diào)試工具的設(shè)想，以彌補(bǔ)其調(diào)試過程中存在 的不足。

2 調(diào)試工具頂層框架設(shè)計(jì)

2.1 功能需求分析

調(diào)試工具的功能需求是通過被調(diào)試軟件的任務(wù) 需求確定的，作為一種專用于光電伺服控制軟件調(diào)試工作的工具，它應(yīng)滿足以下三個(gè)方面的功能：

（1）各回路控制器性能驗(yàn)證功能。包括位置 預(yù)定回路、陀螺穩(wěn)定回路和跟蹤回路的控制性能 測(cè)試和驗(yàn)證；

（2）各種傳感器信號(hào)和控制指令信號(hào)實(shí)時(shí)顯 示功能。傳感器信號(hào)包括位置傳感器、測(cè)速傳感 器、陀螺和圖像跟蹤器等，控制指令包括光電伺服 控制系統(tǒng)測(cè)試中常用的不同頻率和幅值的正弦和 方波信號(hào)；

（3）輔助功能。包括系統(tǒng)自檢、被調(diào)試軟件的 故障監(jiān)測(cè)與診斷、數(shù)據(jù)信息保存、陀螺漂移修正等。

同樣按照模塊化編程的思想，對(duì)上述每個(gè)功 能進(jìn)行細(xì)化，構(gòu)建調(diào)試工具軟件頂層框架，如圖3 所示。由于光電穩(wěn)定平臺(tái)多采用兩軸結(jié)構(gòu)，故調(diào)試 工具的每種調(diào)試功能需要實(shí)現(xiàn)對(duì)兩軸的獨(dú)立調(diào)試 和協(xié)同調(diào)試，在定義各軸變量時(shí)應(yīng)該把不同的軸 單獨(dú)定義。調(diào)試工具作為一個(gè)開放的軟件系統(tǒng)，當(dāng) 被調(diào)試軟件有新的功能需要調(diào)試時(shí)，只需在已有 的軟件框架下加入新的調(diào)試功能模塊即可。

2.2 關(guān)鍵問題分析

目前，大多數(shù)光電伺服控制軟件是在以DSP 為基礎(chǔ)的硬件上實(shí)現(xiàn)的，DSP的軟件開發(fā)與調(diào)試 是在CCS集成開發(fā)環(huán)境中完成，而調(diào)試工具往往 是基于另一種軟件開發(fā)與調(diào)試環(huán)境，這兩種硬軟 件環(huán)境之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)調(diào)試功能 的基礎(chǔ)，如圖4所示。

在調(diào)試工具的設(shè)計(jì)過程中，一方面，由于光電 伺服控制系統(tǒng)的伺服周期一般選擇在1ms左右， 每完成一個(gè)伺服周期，系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息更新 一次。為了能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)伺服控制系統(tǒng)各種狀態(tài) 信息的變化，調(diào)試工具與光電伺服控制軟件之間 的數(shù)據(jù)交換頻率不能太低，小于或者等于伺服周 期為最優(yōu)。另一方面，調(diào)試工具與光電伺服控制軟 件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)有可能包含幾種數(shù)據(jù)信息， 這要求兩者之間進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換的信息容量足 夠大。

3 實(shí)例應(yīng)用

基于Matlab軟件環(huán)境下編寫的某光電伺服控 制軟件調(diào)試工具采用了上面提出的框架設(shè)計(jì)思想， 調(diào)試工具的界面如圖5所示。

調(diào)試工具界面主要由數(shù)據(jù)顯示、控制命令發(fā) 送、曲線繪制以及操作控制按鈕組成。按照調(diào)試工 具頂層框架設(shè)計(jì)的思想，數(shù)據(jù)顯示主要實(shí)現(xiàn)了各 個(gè)傳感器數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)顯示功能。控制命令發(fā)送 主要實(shí)現(xiàn)了電機(jī)使能、運(yùn)動(dòng)軸選擇、各個(gè)控制回路 模式切換和激勵(lì)信號(hào)參數(shù)設(shè)置的功能。曲線繪制 主要實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前所需要觀測(cè)的傳感器信息和激勵(lì) 信號(hào)的實(shí)時(shí)繪圖功能。操作控制按鈕實(shí)現(xiàn)了界面 的運(yùn)行、暫停和停止功能。

調(diào)試工具與光電伺服控制軟件之間的實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)交換是通過4個(gè)RTDX通道完成的，一個(gè)RTDX 通道一次可以交換的數(shù)據(jù)為1012個(gè)字符類型的數(shù) 據(jù)，而完成數(shù)據(jù)交換的時(shí)間不受限制，因此保證了 數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性和信息量大的要求。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)光電伺服控制軟件調(diào)試過程中難以 用現(xiàn)有調(diào)試手段解決的問題，提出了設(shè)計(jì)一種光電伺服控制軟件專用調(diào)試工具的設(shè)想。通過對(duì)光 電伺服控制軟件特點(diǎn)分析、調(diào)試工具的功能需求 和設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題的分析，采用模塊化編程思想， 構(gòu)建了調(diào)試工具軟件頂層框架。實(shí)例應(yīng)用表明：頂 層框架的設(shè)計(jì)為調(diào)試工具的具體實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù) 指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高新燁.光電搜跟系統(tǒng)控制軟件的模塊化設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng) 沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011.

[2]李杰.光電偵察平臺(tái)軟硬件模塊化設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010.

[3]朱華征，范大鵬，馬東璽，等.基于雙DSP的導(dǎo)引頭數(shù) 字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].光電工程，2009，36（6）.

[4]馬東璽，范大鵬，張連超.數(shù)字伺服控制系統(tǒng)軟件模塊 化設(shè)計(jì)[J].兵工自動(dòng)化，2005，24（2）.

[5]文順安.一種飛行控制數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].航 空兵器，2006（6）.

[6]張文山，劉增明.基于DSP/BIOS的空空導(dǎo)彈飛控軟件 仿真[J].航空兵器，2007（3）.

[7]錢東海，余小鵬.嵌入式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中軟件的設(shè)計(jì) [J].制造業(yè)自動(dòng)化，2007，29（9）.endprint

（2）光電伺服控制系統(tǒng)的調(diào)試是在工廠或者 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成的，而實(shí)際使用環(huán)境較調(diào)試環(huán) 境復(fù)雜很多，也更為惡劣，需要在調(diào)試環(huán)境下建立 一套模擬外部工作環(huán)境的硬軟件系統(tǒng)對(duì)光電伺服 控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，故存在與外部硬軟件環(huán)境之 間進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的問題。

由于光電伺服控制軟件調(diào)試過程中存在的問 題有很強(qiáng)的專業(yè)性，用傳統(tǒng)的軟件調(diào)試方法很難 得到圓滿解決，故本文提出了設(shè)計(jì)一種針對(duì)此軟 件的調(diào)試工具的設(shè)想，以彌補(bǔ)其調(diào)試過程中存在 的不足。

2 調(diào)試工具頂層框架設(shè)計(jì)

2.1 功能需求分析

調(diào)試工具的功能需求是通過被調(diào)試軟件的任務(wù) 需求確定的，作為一種專用于光電伺服控制軟件調(diào)試工作的工具，它應(yīng)滿足以下三個(gè)方面的功能：

（1）各回路控制器性能驗(yàn)證功能。包括位置 預(yù)定回路、陀螺穩(wěn)定回路和跟蹤回路的控制性能 測(cè)試和驗(yàn)證；

（2）各種傳感器信號(hào)和控制指令信號(hào)實(shí)時(shí)顯 示功能。傳感器信號(hào)包括位置傳感器、測(cè)速傳感 器、陀螺和圖像跟蹤器等，控制指令包括光電伺服 控制系統(tǒng)測(cè)試中常用的不同頻率和幅值的正弦和 方波信號(hào)；

（3）輔助功能。包括系統(tǒng)自檢、被調(diào)試軟件的 故障監(jiān)測(cè)與診斷、數(shù)據(jù)信息保存、陀螺漂移修正等。

同樣按照模塊化編程的思想，對(duì)上述每個(gè)功 能進(jìn)行細(xì)化，構(gòu)建調(diào)試工具軟件頂層框架，如圖3 所示。由于光電穩(wěn)定平臺(tái)多采用兩軸結(jié)構(gòu)，故調(diào)試 工具的每種調(diào)試功能需要實(shí)現(xiàn)對(duì)兩軸的獨(dú)立調(diào)試 和協(xié)同調(diào)試，在定義各軸變量時(shí)應(yīng)該把不同的軸 單獨(dú)定義。調(diào)試工具作為一個(gè)開放的軟件系統(tǒng)，當(dāng) 被調(diào)試軟件有新的功能需要調(diào)試時(shí)，只需在已有 的軟件框架下加入新的調(diào)試功能模塊即可。

2.2 關(guān)鍵問題分析

目前，大多數(shù)光電伺服控制軟件是在以DSP 為基礎(chǔ)的硬件上實(shí)現(xiàn)的，DSP的軟件開發(fā)與調(diào)試 是在CCS集成開發(fā)環(huán)境中完成，而調(diào)試工具往往 是基于另一種軟件開發(fā)與調(diào)試環(huán)境，這兩種硬軟 件環(huán)境之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)調(diào)試功能 的基礎(chǔ)，如圖4所示。

在調(diào)試工具的設(shè)計(jì)過程中，一方面，由于光電 伺服控制系統(tǒng)的伺服周期一般選擇在1ms左右， 每完成一個(gè)伺服周期，系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息更新 一次。為了能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)伺服控制系統(tǒng)各種狀態(tài) 信息的變化，調(diào)試工具與光電伺服控制軟件之間 的數(shù)據(jù)交換頻率不能太低，小于或者等于伺服周 期為最優(yōu)。另一方面，調(diào)試工具與光電伺服控制軟 件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)有可能包含幾種數(shù)據(jù)信息， 這要求兩者之間進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換的信息容量足 夠大。

3 實(shí)例應(yīng)用

基于Matlab軟件環(huán)境下編寫的某光電伺服控 制軟件調(diào)試工具采用了上面提出的框架設(shè)計(jì)思想， 調(diào)試工具的界面如圖5所示。

調(diào)試工具界面主要由數(shù)據(jù)顯示、控制命令發(fā) 送、曲線繪制以及操作控制按鈕組成。按照調(diào)試工 具頂層框架設(shè)計(jì)的思想，數(shù)據(jù)顯示主要實(shí)現(xiàn)了各 個(gè)傳感器數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)顯示功能?？刂泼畎l(fā)送 主要實(shí)現(xiàn)了電機(jī)使能、運(yùn)動(dòng)軸選擇、各個(gè)控制回路 模式切換和激勵(lì)信號(hào)參數(shù)設(shè)置的功能。曲線繪制 主要實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前所需要觀測(cè)的傳感器信息和激勵(lì) 信號(hào)的實(shí)時(shí)繪圖功能。操作控制按鈕實(shí)現(xiàn)了界面 的運(yùn)行、暫停和停止功能。

調(diào)試工具與光電伺服控制軟件之間的實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)交換是通過4個(gè)RTDX通道完成的，一個(gè)RTDX 通道一次可以交換的數(shù)據(jù)為1012個(gè)字符類型的數(shù) 據(jù)，而完成數(shù)據(jù)交換的時(shí)間不受限制，因此保證了 數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性和信息量大的要求。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)光電伺服控制軟件調(diào)試過程中難以 用現(xiàn)有調(diào)試手段解決的問題，提出了設(shè)計(jì)一種光電伺服控制軟件專用調(diào)試工具的設(shè)想。通過對(duì)光 電伺服控制軟件特點(diǎn)分析、調(diào)試工具的功能需求 和設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題的分析，采用模塊化編程思想， 構(gòu)建了調(diào)試工具軟件頂層框架。實(shí)例應(yīng)用表明：頂 層框架的設(shè)計(jì)為調(diào)試工具的具體實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù) 指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高新燁.光電搜跟系統(tǒng)控制軟件的模塊化設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng) 沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011.

[2]李杰.光電偵察平臺(tái)軟硬件模塊化設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010.

[3]朱華征，范大鵬，馬東璽，等.基于雙DSP的導(dǎo)引頭數(shù) 字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].光電工程，2009，36（6）.

[4]馬東璽，范大鵬，張連超.數(shù)字伺服控制系統(tǒng)軟件模塊 化設(shè)計(jì)[J].兵工自動(dòng)化，2005，24（2）.

[5]文順安.一種飛行控制數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].航 空兵器，2006（6）.

[6]張文山，劉增明.基于DSP/BIOS的空空導(dǎo)彈飛控軟件 仿真[J].航空兵器，2007（3）.

[7]錢東海，余小鵬.嵌入式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中軟件的設(shè)計(jì) [J].制造業(yè)自動(dòng)化，2007，29（9）.endprint

（2）光電伺服控制系統(tǒng)的調(diào)試是在工廠或者 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成的，而實(shí)際使用環(huán)境較調(diào)試環(huán) 境復(fù)雜很多，也更為惡劣，需要在調(diào)試環(huán)境下建立 一套模擬外部工作環(huán)境的硬軟件系統(tǒng)對(duì)光電伺服 控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，故存在與外部硬軟件環(huán)境之 間進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的問題。

由于光電伺服控制軟件調(diào)試過程中存在的問 題有很強(qiáng)的專業(yè)性，用傳統(tǒng)的軟件調(diào)試方法很難 得到圓滿解決，故本文提出了設(shè)計(jì)一種針對(duì)此軟 件的調(diào)試工具的設(shè)想，以彌補(bǔ)其調(diào)試過程中存在 的不足。

2 調(diào)試工具頂層框架設(shè)計(jì)

2.1 功能需求分析

調(diào)試工具的功能需求是通過被調(diào)試軟件的任務(wù) 需求確定的，作為一種專用于光電伺服控制軟件調(diào)試工作的工具，它應(yīng)滿足以下三個(gè)方面的功能：

（1）各回路控制器性能驗(yàn)證功能。包括位置 預(yù)定回路、陀螺穩(wěn)定回路和跟蹤回路的控制性能 測(cè)試和驗(yàn)證；

（2）各種傳感器信號(hào)和控制指令信號(hào)實(shí)時(shí)顯 示功能。傳感器信號(hào)包括位置傳感器、測(cè)速傳感 器、陀螺和圖像跟蹤器等，控制指令包括光電伺服 控制系統(tǒng)測(cè)試中常用的不同頻率和幅值的正弦和 方波信號(hào)；

（3）輔助功能。包括系統(tǒng)自檢、被調(diào)試軟件的 故障監(jiān)測(cè)與診斷、數(shù)據(jù)信息保存、陀螺漂移修正等。

同樣按照模塊化編程的思想，對(duì)上述每個(gè)功 能進(jìn)行細(xì)化，構(gòu)建調(diào)試工具軟件頂層框架，如圖3 所示。由于光電穩(wěn)定平臺(tái)多采用兩軸結(jié)構(gòu)，故調(diào)試 工具的每種調(diào)試功能需要實(shí)現(xiàn)對(duì)兩軸的獨(dú)立調(diào)試 和協(xié)同調(diào)試，在定義各軸變量時(shí)應(yīng)該把不同的軸 單獨(dú)定義。調(diào)試工具作為一個(gè)開放的軟件系統(tǒng)，當(dāng) 被調(diào)試軟件有新的功能需要調(diào)試時(shí)，只需在已有 的軟件框架下加入新的調(diào)試功能模塊即可。

2.2 關(guān)鍵問題分析

目前，大多數(shù)光電伺服控制軟件是在以DSP 為基礎(chǔ)的硬件上實(shí)現(xiàn)的，DSP的軟件開發(fā)與調(diào)試 是在CCS集成開發(fā)環(huán)境中完成，而調(diào)試工具往往 是基于另一種軟件開發(fā)與調(diào)試環(huán)境，這兩種硬軟 件環(huán)境之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)調(diào)試功能 的基礎(chǔ)，如圖4所示。

在調(diào)試工具的設(shè)計(jì)過程中，一方面，由于光電 伺服控制系統(tǒng)的伺服周期一般選擇在1ms左右， 每完成一個(gè)伺服周期，系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息更新 一次。為了能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)伺服控制系統(tǒng)各種狀態(tài) 信息的變化，調(diào)試工具與光電伺服控制軟件之間 的數(shù)據(jù)交換頻率不能太低，小于或者等于伺服周 期為最優(yōu)。另一方面，調(diào)試工具與光電伺服控制軟 件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)有可能包含幾種數(shù)據(jù)信息， 這要求兩者之間進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換的信息容量足 夠大。

3 實(shí)例應(yīng)用

基于Matlab軟件環(huán)境下編寫的某光電伺服控 制軟件調(diào)試工具采用了上面提出的框架設(shè)計(jì)思想， 調(diào)試工具的界面如圖5所示。

調(diào)試工具界面主要由數(shù)據(jù)顯示、控制命令發(fā) 送、曲線繪制以及操作控制按鈕組成。按照調(diào)試工 具頂層框架設(shè)計(jì)的思想，數(shù)據(jù)顯示主要實(shí)現(xiàn)了各 個(gè)傳感器數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)顯示功能?？刂泼畎l(fā)送 主要實(shí)現(xiàn)了電機(jī)使能、運(yùn)動(dòng)軸選擇、各個(gè)控制回路 模式切換和激勵(lì)信號(hào)參數(shù)設(shè)置的功能。曲線繪制 主要實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前所需要觀測(cè)的傳感器信息和激勵(lì) 信號(hào)的實(shí)時(shí)繪圖功能。操作控制按鈕實(shí)現(xiàn)了界面 的運(yùn)行、暫停和停止功能。

調(diào)試工具與光電伺服控制軟件之間的實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)交換是通過4個(gè)RTDX通道完成的，一個(gè)RTDX 通道一次可以交換的數(shù)據(jù)為1012個(gè)字符類型的數(shù) 據(jù)，而完成數(shù)據(jù)交換的時(shí)間不受限制，因此保證了 數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性和信息量大的要求。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)光電伺服控制軟件調(diào)試過程中難以 用現(xiàn)有調(diào)試手段解決的問題，提出了設(shè)計(jì)一種光電伺服控制軟件專用調(diào)試工具的設(shè)想。通過對(duì)光 電伺服控制軟件特點(diǎn)分析、調(diào)試工具的功能需求 和設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題的分析，采用模塊化編程思想， 構(gòu)建了調(diào)試工具軟件頂層框架。實(shí)例應(yīng)用表明：頂 層框架的設(shè)計(jì)為調(diào)試工具的具體實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù) 指導(dǎo)。

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