基于LabWindows／CVI的虚拟仪器设计.pdf
基于LabWindows／CVI的虚拟仪器设计.pdf目录541功能描述……口中…14754.2设计原理…147543设计步骤………………4855设计举例4基数字滤波技术的虚找频率补偿仪…55I功能描述…………154552设计原理…………………………4154553设计步骤159第6章基于相关伪随机技术的虚拟仪器设计……………17161相关辨识的基础知识6l1系统数学模型的主要描述形式…吧看罪甲噜看音·自老·着着。甲曾會自·看着174612系统输入输出关系的卷积表述形式175613由系统的冲激响应函数求系统的频率特性…177614相关辨识法的优点………………1762伪随机信号—相关辨识实际采用的激励信号9621伪随机信号的性质……………180622M序列伪随机信号的产生62.3 Labwindows/cⅥ环境中M信号的产生…………184▲63设计举例口和2—伪随机相关辨识仿真仪灬194631例[一一阶系统辨识仿真仪………………194632例[2}_二阶系统辨识仿真仪……208▲64设计举例3}-系统参数辨识实测仪-25641功能描述…………………216642设计原理……………………216643设计步骤bb●自看是题bDpD命各备命罪即非国百D看山會看看看q看甲q:音ts223644系统参数辨识仪的性能检验…236645小结239第7章基于神经网络的虚拟仪器设计………吾号.·D罪D·咖自音噜唱日司看自命是··昏b●甲」24171概述……………………247.2神经网络基础知识…4721神经网络结构………244722神经元模型……246723神经元作用函数…247724BP神经网络250基于凵 abwindows/C的虚拟仪设计72.5径向基(RBF)神经网络……25573 MATLAB工具箱中的BP与RBF函数5731BP与RBF网络创建函数……257732网络训练函数………259733网络初始化函数2637.34网络学习函数pseD即■日■■曾264735网络仿真函数酯“着申自曲量ab血a▲bdd暴Db自合·看单■即非兽pD鲁26674设计举例[虚拟压力传感器温度补偿器…26266741功能描述…………742工作原理……267743设计步骤…命a4.品中B自●非昏·:·:是PP…271L75设计举例2一虚拟三组分气体成分分析仪的设计2837.51功能描述…单当香s·.甲命命甲二··········a283752工作原理……………283753设计步骤………87754设计小结…297第8章基于小波分析的虚拟仪器设计……2998.1小波分析基础…已得…,…下不已是811小波分析与短时傅里叶变换………301812离散小波与小波对偶品百·。命自日自目即合D即章矿●印·…306813小波级数多事品◆晶号提品4··B旨自D导看308814多分辨分析初步……309815正交小波…316816小波包分析………:32382 MATLAB王具箱中小波分析函数…325821小波包函数……p品a由自日自值合◆··年卓看自53483设计举例一虚拟小波消噪仪…340831小波消噪原理..340832虚拟小波消噪仪设计a品血吾春自白看令节自B导342L84设计举例2—虚拟特征信号提取仪8.41特征信号小波提取原理灬………………350842仪器功能中▲如婚+44“亠b白自自4·1··.……350843仪器设计………………350目录844运行测试…356第9章基于混沌技术的虚拟仪器设计·是Da命品西·盲血·鲁自D鲁唱唱非看4看a■自…357▲9.1概述………………35992混沌技术基础知识0921基于 Duffing方程实现频率测量检测原理…………360922基于 Logist迭代方程产生白噪声的原理…………36993设计举例一基于 Logist方程的虚拟白噪声发生器…375931设计举例1基于 Logist方程的虚拟白噪声仿真仪…375932设计举例[2]_基于 Logist方程的拟简易白噪声发生器…380933设计举例3}基于 Logist方程的虚拟白噪声发生器及其性能评估仪■D即口即即要号■………384h94设计举例基于混沌技术的频率仿真测试仪一941功能描述…………………389942工作原理……390943混沌精密频率仿真测试仪的实现396944性能校验……3999.5设计举例2]基于混沌技术的精密频率实测仪”399第10章基于模糊理论的虚拟仪器设计……●鲁看●4命1a!模糊集合理论概述”010L1模糊集合的定义及其表示方法…P·●吾音p聊·品日.···P.身10.12隶属函数的确定方法及常用形式10.1.3模糊集合的基本运算……41010.14模糊关系的定义及合成……●pb自●哥司q■P省…4ll10.1.5语言变量与模糊推理…………………413102模糊传感器系统“……………1021测量结果“符号化表示”的概念…4151022模糊传感器的基本概念和功能………中中416102.3模糊传感器的结构………备合自看司q·是即即罪罪看血咖音看叠看4q●命4171024模糊传感器语言描述的产生方法……………4200.25模糊传感器对测量环境的适应性………………4241026模糊传感器隶属函数的训练算法…………426103设计举例1虚拟模糊热点温度分析仪301031功能描述…………430蒹于 Labwindow/QⅥ的盧拟仪暴设计1032工作原理着看■舞非罪阜444■p●鲁看要1033设计步骤432110.4设计举例2]高级虚拟模糊热点温度分析仪…………43810.1功能描述…4381042实现原理………………………………4381043设计步骤……43第11章网络化虚拟智能传感器系统……………………4611112网络体系结构与协议……………“4631111网络体系结构……4631112 Lab windows/CⅥ中的主要协议…………4671113 DataSocket技术……472112组建网络化虚拟智能传感器系统的模式…475112,1CS模式…………………………476122B/S模式476网络化虚拟正弦波发生器1131设计原理………1画画D备即命●●看卓自白自↓td.自占即命自咖自·t477113,2仪器功能描述478113.3仪器设计……………4781134编译运行……D。春明中血自■■…487114设计举例2)基于C模式的远程开关控制器的设计………48114.1系统的工作原理4881142仪器功能描述…4881143仪器设计…咖·d日·自·暴■■非罪自咖4●看省·b导···号q48944编译运493参考文献…………95VIll绪论成拟伙器还应数伙器饱发展及持点原书空白第1章蜻忪由于电子技术、计算机技术的高速发属及其在电子测量技术与仪器领域的应用,新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结均不断出现,电了测量仪器的功能和作用发了质的变化,计算机处于核心地位,计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成了个有机整休,仪器的结构概含和设计观点等都发生了突破性的变化。在上述的背景下,出现、仝新概念的仪器—虚拟仪器。本章在介絰有关虚拟仪器的基本概念、组成、发展过程及发展趋势的基础上,重点阐述“软件就是仪器,仪器就足软件”的观点。在本章中,将学到如下内容≥虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的组成特点虚拟仗器的设计与实现方法少虚拟仪器的发展过程及发展趋势1.痃担仪欲枇遗虚拟仪器( Virual instrurenent,简称ⅥI)是现代计算机技术和仪器技深层次结合的产物,是当今计算机辅助澳试(CAT)领域的一项重要技术。虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测控系统硬件资源和虚拟仪器软件资源三者的有效结合。1.11虚戏仪器的基本概念所谓虚拟仪器,就是在以计算机为核心的硬件平台上,由用户设计定义具有虚拟面板,其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器模拟传统仪器的控制面板,以多种形式输出检测结果;利用计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理;利用O接口设备完成信号的采集、测量与调理,从而完成各种测试功能的一和计算机仪器系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板,就如同使用一台专用测量仪器虚拟仪器的“虚拟”两字主要包含以下两方面的含义。1.虛拟仪器的面板是虚拟的虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种器付所元成的功能是相同約,并扫各种开关、按钮、显示器等实现仪器电源的“通”或“断暴于 Labwindow/Ⅵ的姒仪器谩计被测信号“输入通道"、“放大倍数”等参数设置,测量结果的“数值显示或“波形显示”等。传统仪器面板上的器件都是“实物”,而且是由“手动”和“触摸”进行探作的,而虚拟仪器面板控件是外形与实物相像的“图标”个控科的j”“断”、“放大”等动作是通过用户对计算机鼠标或键益的操作米完成!。因此,设计虚拟面板的过程就是在板设计窗口中摆放所需的控件,然后对控件进行合逗的属性投置。2.虍拟仪器则量功能是由软件编程来实现的在以计算机为核心组成的硬件平台支持,通过软件编程设计来实现仪器的功能,可以通过组合不同的测试功能软性模块来实现多种测试功能,因此,在硬件平台确定后,有“软件就是仪器”的说法,这也体现了测试技术与训算机的深层次结合。1.12虚拟仪器的构成及其分类虚拟仪器通用仪器硬件平台(简称硬什平台)和应用软件两大部分构成。1.虚拟仪器的硬件平台构成拟仪器的硬件平台包括两部分。(1)计算机它-般为-台PC或者工作站,是硬件平台的核心(2)JO接口设备IAO接口设备要完成被测输入信号的采集、放大、愧数转换。不同的总线有其坩应的IO接口硬件设备,如利用PC总线的数据采集卡版(DAQ)GPB总线仪器、VXI总线仪器模块.串口总线仪器等。虚拟仪器的构成方式主要有五种类型,如图1.1所示。≯ PC-DAQ系统PC-DAQ系统是以数据采集板、信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系练用PCI或IA计算机本身的总线将数釆卡板(DAQ〕插入计算机的PCI或ISA插槽中。4
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随机petri网和系统性能评价
林闯，随机petri网和系统性能评价第二版狮机Per网都系统性能评价(第2版)林闯著清华大学出版社北京内容简介本书是随机Petr网理论和技术方面的专著,主要内容包括:各种随机Petr网理论和分析技术;随机Petr阿的模型方法模型的分解和压缩技术以及性能界限求解技术;随机 Petri网在通信议、ATM网络、柔性制造系统计算机系统和软件系统性能评价、工作流中的应用随机Peti阿软榫具。木书内容基本上是自包含的内容新颖,容易理解,便于应用。主要读者对象是计算机、首动控制等相关专业的大学高级学生研究生、程技术和科研人员。版权所有翻印必究。举报电话:010而282989135012566781380310933本书封面贴有清华大学出版社防伪标签,无标签者不得销售。本书防伪标签用特殊防伪校术,用户可遴过在图案表面涂抹清水,图案消失水干斤图聚复魂;或将表面得下,放在白纸上用彩笔涂抹,图案在白纸上再现的方法识别真伪a图书在版编自{CIP)数据随机 Petri阿和系统性能平价/林陶著.2版.一北京:清华大学出杜,205.4ISBN7-302-10651「.随…Ⅱ.林…Ⅲ.计算机网络F.TF393中国版本图书馆C]P数据核字(205)第020115号出版者:清华大学出版社地址:北京清华大学学研大度http://www.tup,comrn邮编:100084杜总权:010-6270175客户服务:(10-6277969资任编辑:醛證印利者:北京矗丰华彩印有限公司订者;…河市李旗庄少明装订厂发行者:新华书店总店北京发行所开本:185×260印张:23,75字教:546干字版次:n5年4月第?版205年4月第1次印刷书号:ISN7-502-10651-7/TP·7213印数:01~3000定价:49.00元第2版前言K随机Peti网和系统性能评价》一书出版已5年了,一本好的科技书都悬要通过使用、修改、再使用、再修改,而且计算机技术的发展日新月异,随机Per网作为描述计算机系统和网络的种重要的性能模型和分析具,也要不断完善,从而造应日益复杂的各种新的应用领域。因此在木书的第2版中,新增加了作者及网内外相关学者近些年来在该领域的最新科研城果:(1)在第5章中增加了一节“非乘积解随机 Petri网的乘积形式近似求解”,(2)在第6章中增加了一节“随机 Petri网非乘积解系统的判定与界限求解”,〔3)新增了第11章“在Web服务器集群中的应用”和第12章“在工作流中的应用”。同时,本版对原版中的一些错误也进行了更正。作者2095年2月12日前随着计算机科学和技术的发展,计算机应用不断普及和深入,人们越承越感到计算机系统性能评价在社会技术进步中的重要性。计算杌系统性能评价研究的目的主要有三个:选择、改进和设计。在众多的系统(方案)中选择—^最适合需要的系统(方案〕,即在一定的价格范围内迭择性能最好的系统达到较好的性能价格比;对已有系统的性能缺陷和瓶颈进行改进和提高其运行效率;对未米设计的系统进行性能预测,在性能成本方面实现最佳设计或配置计算机系统的性能般包括以下两个方面:个方面足它的可靠性或可利用性,亦即,计算机系统能正常工作的时间,其指标可以是能够持续工作的时间长度,如平均无故障时间;也可以是在一段时间内,能正常工作的时间所占的百分比。另一方面是它的处理能力或效率。这又可分为三类指标:一类指标是各种吞吐率,如系统在单位时间内能处理正常作业的个数。另类指标是各种响应的时间,即从系统得到输人至给出输出之间的时间。再一类指标是各种利用率,即在给定的时间区间中,各种部件(包括硬设备利软系统)被使月的时间与整个时间之比。当然不同的系统对性能指标的描述有所不同例如局域网络常用的性能评估指标为信道传输速率、信道吞吐量和容量、信道利用率、传输延迟、响应时间和负载能力等计算机系统的性能取决于多种因素,最基本的因素是系统的配置{即指系统构成所包括的各种软件、硬件的成分、数量、能力和系统结构、处理和调度策略路等〕和系统负载(即指工作负载和丁作方式例如交方式批处理方式等性能評价的主要仟务就是研究系统配置、系统负载性能指标之间的相互关系。性能评价的方法大致可以分为两类:1)测量方法通过一定的测量设备或一定的测量程序可以直接从计算机系统测得各项性能指标或与之密切相关的量,然后由它们经过些简单的运算求出柑应的性能描标。这是最直接也是最基本的方法,其他方法在定程度上也要依赖于它。但是这种方法只能适用于已经存在并运行的系统,面且比较费时间。测量方案和测量手段是测量方法的关键(2)模型方法首先对要评价的计算机系统建立一个适当的模型,然后求出模型的性能指标,以便对系统进行性能评价。模型中一般包括许多参数,这些参数的确定往往依赖于对实际系统的测量结果或对系统参数的佔价。与测量方法相比,模型方法有两个优点:—是它不仅可以应用于已有的系统的性能评价,而且也可以应用于尚未存在系统的性能预测;是它的T作量一般比测量方法要小,比测量手段的费用要少。模型方法又可分为模拟方法和分析方法两种。模拟方法是用一个程序动态地模拟个系统及其负载。一般首先使用一个模拟语言来为系统建立模型,然后在模拟时,通过随机Per网和系统性能评价用负载驱动系统模型从而得出模型的性能指标。模拟方法可以详细地刻画系统,得出较精确的性能指标,但是构造和使用模型时的费用较高。分析方法则是应用数学理论与方法来研究和描述性能与系统、负载之间的关系。为了数学上描述与计算的方便,往往要对系统模型进行-些笸化和假设,因响这种模型刻画系统的详细程度较低,得出的性能指标精度也较低。但是这种方法理论基础强,可以明显地刻画备种因素之间的关系,而且构造和使用模型时的费用也较低。随着讦算机技术的发展,系统的庞大和复杂化使得系统性能评价问题变得越来越复杂并越来越引起人们的重视。提供有效的数学理论工具、直观的模型描述方法和有效的模型分析方法以及实用的辅助分析软件,是系统性能评价所而临的迫切需要解决的问题,这也正是本书所要介绍的随机Petr网分析技术的核心性能分析方法传统上采用排队论数学埋论来鮮决系统的描述问题,数学求解的基础是马尔可夫随机过程。80年代初随机 PEtri网的提出为系统的性能分析又提供了个新的数学述工具。随机 Petri网研究爿前已是一个热门课题。Petri阿是可应用到很多系统和领域的图形和数学模型工具。 Petri网是信息处理系统描述和模型的有力工具之一,它的主要特性包括:并行、不确定性、异步和分布描述能力和分析能力。作为图形工具, Petri网除了具有类似流程图、框图和网图的可视描述功能外,它还可通过标记( token)的流动模拟系统的动态和活动行为,所以可以说, Petri网是动态图形描述工具。作为数学工具, Petri网可以建立状态方程代数方程和其他数学模型来描述系统的行为。 Petri网既可为理论工作者也可为程人员所使用。它可以作为理论者和实践者之间的通信媒介,以便于人们进行交流和理解随着信息处理系统的日益庞大和复杂化,人们越来越需要采用系统T程的方法来设计和维护信息处理系统。在信息处理系统的整个生命期内,采用图形化的数学工具来完成系毓的形式描述、系统的正确性险证、系统性能的评价、系统的「标实现和测试是卡常必要的。 Petri网是适应上述各项任务的有效工具,可以在一个 Petri网系统模型的框架上完成各项任务。在这-点上,其他图形或数学工其则不具备如此的功能系统性能评价方法,尤其是排队纶分析方法的发展和所遇到的问题,包括并行系统的资源共享描述和非乘积解的问题,给Peri网应用领域的拓宽和发展带来了勃勃生机。从8年代初随机 Petri网提出以来,系统性能评价过成为 Petri网最成功的应用领域之从1985年起,相关Pet网和性能模型的国际研讨会也开始召开,这个研讨会每两年召开一次。在随机Peri网简短的发展历史中,它的应用范围经超出了讦算机科学成为研究离散事件动态系统的一种有力工具。很有前途的应用领域包括计算机网络、分布式软件系统、分布式数据库系统、并发和并行计算系统、柔性制造与工业削造系统、离散事件系统、多处理机系统、容譜与故障诊斷系统、办公自动化系统和决策模型等。作者进行了不同级别 Petri树和各种随机 Petri网的多年研究,并在国际上首先提出了随机高级Peti网及其分析技术和在一些系统性能评价中的应用。本书的主要内容是作者十多年工作的总结。据作者所知,本书是国内外第一本随机Petr网理论和技术方面的专著。本书的目的是使读者能基本掌据随机Peri网的理论模型方法、分析技术和前言应用思路;同时了解当前隨机Petr网理论和庇用的发展,为读者的系统性能评价学习丁作和研究课题提供一条有效途径。本书的主要内容包括四部分:1)在第1章至第3章中介绍了各种随机Petr网理论和分析技术,包括随机 Petri网(SPN)、广义随机Petn网(GSPN)、随机回报网(SRN)随机高级 Petri网(SHPN)和确定与随机Petr网(DsPN)。在这些Petn网理论和分析技术中,着重描述了可达集和稳定状态概率的算法,可达分析和入变量的计算及分析方法。介绍了系统的性能特性分析和算法。这部分是随机 Petri网的基础知识,足学习其他章节的基础。2)在第4章至第6章中讨论了随机Peri网的模型方法,随机网模型的分解和压缩技术以及模型性能界限求解技术。SPN模型性能评价的一个主要问题是模型状态空间的爆炸状态的数量会随着模型的规模和复杂性的增加而是指数性地增长,使实际系统的性能评价不可能。这一点会严重地阻得SPN模型的实际应用,也是当前SPN研究的热点问题。这部分所介绍的技术可以应用到各种复杂大型系统的性能模型和评价屮,这些技术是掌握SPN分杆方法的关键,也是深入进行SPN研究的基础。(3)在第7章至第10章屮,着重介绍了随机Per网在通倍协议性能模型,ATM网络性能模型、柔性制造系统性能模型以及在计算机系统和软件系统性能评价中的应用。在随机Per网的应用中,注意了专有对象的描述问题的求解及分析方法的有效性。介绍了一些基本计算杋和网络系统的性能模型方法,系统模型的基本化简技术,系统性能参数,例如系统的吐吞量资源的利用率和用户平均响应时间等的实际计算和分析。(4)为了方便读者使用随机Petr网软件工具,在第12章中介绍了随机Peti网软件包—SFNP确定与隨机 Petri网敦件包 DSPNexpress以及本书作者开发的随机高级Per网辅助软件 SHLPNA。在SPNP的介绍中,侧重介绍实际模型例了的分析软件程序,读者很容易套用这些例子编写自已的软件程序。而在 DSPNexpress和SHLPNA的介绍中,则侧重程序和数据结构的描述,读者可以了解随机 Petri网软件工具的开发和使用。本书的主要特点是:(1)书中的内容基本上是自包含的,随机Petr网的知识完整。本书包括了随杌Pet网理论、模型方法、化筒技术和应用以及软件工具的介绍。(2)容易理解,便于应用。本书淡化了数学形式的描述,注重了实际系统的模型;对于每种形式的定义和推导,都给出模型例了进行引导。软件T具的介绍便于读者对实你问题模型的理解(3)内容新颖。本书包括了随机Pet网领域的主要最新研究成果和作者近年来的工作目前在随机Petr网领域里已取得的成果远多于本书所介绍的内容。本书仅是学习随机 Petri网的第一步,深一步的学习还需读者阅读其他资料。囡家自然科学基金委员会和国家重点基础研究发展规划项目(编号:G1999270307Ⅵ随机Petr网和系统生能评价对作者的研究T作给予了连续的资助,本书的出版得到了“国家科学技术学术著作出版基金”的资助。北京航空航天大学计算机系杨文龙教授、中国科学院数学研究所陆维明研究员和上海复旦大学计算机系是时霖教授对本书的内容进行了认直的审阅,在此一并致谢本书写作期间,我的家人和朋友给了我极大鼓励科帮助,作者谨以此书献给我的家人和朋友林闯1998年12月于北京目录第1章Per网的基本概念和术语1.1Peri网研究与发展简况……冒甲昏■■看暑1.2 Petri网模型介绍…1甲甲■卜昏督晶b1.3网的基础知识…1.4位置,/变迁(PT)系统…5高级Peri网(HLPN》系统…甲甲冒鲁■■倡F■晶口1.6不同级别系统之间的关系与变换………参考文献血自自L甲14第2章几种随机Petr网模型与分析方法2.1随机时间变迁的实施…甲1冒■■■1b山bbh甲 D4D PE292.2随机 Petri网(SPN232.3·义随机 Petri网(GSPN}·甲1·甲1山*···啊…B"22.4随机回报网(SRN)……日日甲甲■■血pd2.5确定与随机 Petri网
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