趙永生

【摘要】伴隨著我國社會經(jīng)濟(jì)水平的迅速提高，計算機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)、交通、工業(yè)、國防建設(shè)以及人們的日常生活中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。與此同時，計算機(jī)技術(shù)自動控制系統(tǒng)也逐漸得到完善，進(jìn)一步為人們提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。本文通過闡述計算機(jī)自動控制系統(tǒng)概念，探討其自動控制過程及幾種控制系統(tǒng)類型。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī) 自動控制系統(tǒng) 概念 應(yīng)用 探討分析

1.計算機(jī)自動控制系統(tǒng)

在計算機(jī)技術(shù)與自動控制技術(shù)獲得良好發(fā)展的基礎(chǔ)上，將兩者有機(jī)結(jié)合起來就形成了計算機(jī)自動控制系統(tǒng)。以往控制理論雖然已經(jīng)獲得較為顯著的成果，而且能夠成功運(yùn)用于多種領(lǐng)域，整體呈現(xiàn)較為成熟的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。但是傳統(tǒng)控制理論仍然存在無法克服的局限性，如果計算步驟及控制系統(tǒng)繁雜，那么在實際操作中并不能使用控制理論知識來克服遇到的困難， 無法滿足控制系統(tǒng)的潛在運(yùn)行需求?，F(xiàn)行控制理論在逐漸發(fā)展的過程中，不斷為自動控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計、綜合等方面提供充足的理論基礎(chǔ)，同時計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為掌握新型控制規(guī)律提供了一個時效性非常高的平臺，兩者的有機(jī)結(jié)合促進(jìn)自動控制技術(shù)走上更為迅速的發(fā)展道路。

典型連續(xù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)因素包括給定值、控制器、執(zhí)行器、被控對象、被控參數(shù)、檢測裝置、反饋值等，這個控制系統(tǒng)里所有信號都屬于連續(xù)信號。在控制過程中使用比較器來對反饋值和給定值進(jìn)行比較，然后經(jīng)由控制器來調(diào)節(jié)計算出現(xiàn)的偏差，形成控制信號驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終將被控參數(shù)數(shù)值控制在預(yù)期范圍內(nèi)。使用計算機(jī)來替換連續(xù)控制系統(tǒng)中的控制器與比較器，并且發(fā)揮同樣的作用及功能，這樣就形成一個典型的計算機(jī)自動控制系統(tǒng)。在計算機(jī)自動控制系統(tǒng)中， 計算機(jī)的輸入和輸出信號都是數(shù)字信號， 而被控對象的被控參數(shù)一般都是模擬量， 執(zhí)行器的輸入信號也大都是模擬信號， 因此， 需要有將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的 A/D 轉(zhuǎn)換器， 以及將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的 D/A 轉(zhuǎn)換器。

2.計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程

計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可以劃分為數(shù)據(jù)采集處理及實時控制兩個部分。數(shù)據(jù)的采集處理是指及時檢測被控對象的被控參數(shù)并將其輸入到計算機(jī)中進(jìn)行相關(guān)處理。實時控制是指按照已經(jīng)設(shè)計好的控制規(guī)律來計算得出控制量，并在有效時間內(nèi)將控制信號發(fā)送至控制器。

計算機(jī)自動控制過程必須要同時滿足實效性及實時性的潛在需求，信號輸入、計算、輸出時間都應(yīng)該控制在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。這個過程會在計算機(jī)自動控制作用下不斷重復(fù)，系統(tǒng)能夠契合預(yù)先設(shè)計的品質(zhì)指標(biāo)要求，而且在工作中還能實時監(jiān)測被控參數(shù)與設(shè)備可能出現(xiàn)的一系列異常狀態(tài)，并且在最短時間內(nèi)進(jìn)行正確處理。

3.計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及特點

計算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件包括： 計算機(jī)、過程輸X/輸出通道、外部設(shè)備、操作臺； 軟件由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成。計算機(jī)通過接口可以向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令， 同時對被控對象的被控參數(shù)進(jìn)行實時檢測及處理。過程輸入/輸出通道是在計算機(jī)和被控對象之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。過程輸入通道把被控對象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以處理的數(shù)字代碼。過程輸出通道把計算機(jī)輸出的控制命令和數(shù)據(jù)， 轉(zhuǎn)換成可以對被控對象（或工作過程）進(jìn)行控制的信號。過程輸入/輸出通道一般分為： 模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、開關(guān)量輸入通道、開關(guān)量輸出通道； 外部設(shè)備是用來實現(xiàn)計算機(jī)和外界交換信息的設(shè)備。操作臺是操作人員與計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行“對話”的設(shè)備； 軟件是指能夠完成各種功能的計算機(jī)控制系統(tǒng)的程序系統(tǒng)。計算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)相比，具有明顯的特點：在連續(xù)控制系統(tǒng)中， 各處的信號是模擬信號， 而計算機(jī)控制系統(tǒng)是有模擬信號和數(shù)字信號的混合系統(tǒng)； 在連續(xù)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由模擬電路實現(xiàn)的， 控制規(guī)律越復(fù)雜， 所需的模擬電路往往越多， 要修改控制規(guī)律， 一般要改變原有的電路結(jié)構(gòu)，而在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，只需修改相應(yīng)的程序， 就能達(dá)到改變控制規(guī)律的目的； 計算機(jī)控制系統(tǒng)具有豐富的指令系統(tǒng)和很強(qiáng)的邏輯判斷功能， 能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律； 計算機(jī)控制系統(tǒng)不是連續(xù)控制的， 而是離散控制的； 在連續(xù)控制系統(tǒng)中， 一般是一個控制器控制一個回路， 而在計算機(jī)控制系統(tǒng)中， 由于計算機(jī)具有高速的運(yùn)算處理能力， 一個數(shù)字控制器經(jīng)?？梢圆捎梅謺r控制的方式， 同時控制多個回路； 采用計算機(jī)控制系統(tǒng)， 如分級計算機(jī)控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等， 便于實現(xiàn)控制與管理一體化。

4.計算機(jī)控制系統(tǒng)類型及應(yīng)用要點把握

4.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是指計算機(jī)的輸出不直接控制被控對象， 只是每隔一定時間， 計算機(jī)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集， 將系統(tǒng)的一些參數(shù)經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送入計算機(jī)進(jìn)行計算及處理， 然后進(jìn)行報警、打印和顯示。操作人員根據(jù)這些結(jié)果去改變調(diào)節(jié)器的給定值或直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)是一各開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單， 控制靈活和安全， 但是要人工操作， 速度受到限制， 故不適合于快速過程的控制和多個對象的控制。

4.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)又叫 DDC 系統(tǒng)， 它是計算機(jī)用于工業(yè)過程控制中最普遍的一種模式。計算機(jī)通過檢測元件對一個或多個系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測， 并經(jīng)過輸入通道將檢測數(shù)據(jù)送人計算機(jī)， 計算機(jī)根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算， 然后， 發(fā)出控制信號直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 使系統(tǒng)的被控參數(shù)達(dá)到預(yù)定的要求。在 DDC 系統(tǒng)中的計算機(jī)參與閉環(huán)控制過程， 它不僅能取代模擬調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)多回路的 PID（比例、積分、微分）調(diào)節(jié)， 而且只通過改變程序就能有效地實現(xiàn)較復(fù)雜的控制， 如前饋控制、非線性控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制等。

4.3 監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)又叫 SCC 系統(tǒng)。在 SCC 系統(tǒng)中， 計算機(jī)按著描述工作過程的數(shù)學(xué)模型， 計算出最佳給定值送入模擬調(diào)節(jié)器或者DDC 計算機(jī)， 最后由模擬調(diào)節(jié)器或者 DDC 計算機(jī)控制工作過程， 從而使工作過程始終處于最佳工作狀態(tài)。

4.4 分級計算機(jī)控制系統(tǒng)

就是由若干個微處理器或管理計算機(jī)分別承擔(dān)部分任務(wù)而組成的計算機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點是將控制任務(wù)分散， 用多臺計算機(jī)分別執(zhí)行不同的任務(wù)， 既能進(jìn)行控制又能實現(xiàn)管理。該系統(tǒng)是一個四級系統(tǒng)， 各級計算機(jī)分別承擔(dān)不同的任務(wù)。裝置控制級（DDC 級）對工作過程或單機(jī)直接進(jìn)行控制； 部門都督級（SCC 級）根據(jù)管理級下達(dá)的命令和通過裝置控制級獲得的工作過程的數(shù)據(jù)， 進(jìn)行最優(yōu)化控制； 管理集中控制級， 根據(jù)上級下達(dá)的任務(wù)和公司情況， 制定工作計劃、安排部門日常工作、進(jìn)行人員調(diào)配及各部門的協(xié)調(diào)， 并及時將 SCC 級和 DDC 級的情況向上級反映； 經(jīng)營管理級， 制定長期發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展計劃、工作計劃， 發(fā)命令至各分部， 并接受各部發(fā)回來的數(shù)據(jù)， 實行全局的總調(diào)度。

5.結(jié)束語

計算機(jī)控制技術(shù)已經(jīng)完全貫穿于人們的生活及學(xué)習(xí)中，社會經(jīng)濟(jì)每個層面都與計算機(jī)控制技術(shù)之間存在非常密切的聯(lián)系。計算機(jī)控制系統(tǒng)大小不同，有非常龐大且復(fù)雜的類型，也有體積較小的各種微型設(shè)備，計算機(jī)控制技術(shù)在這些系統(tǒng)中發(fā)揮著至為重要的作用。伴隨著計算機(jī)的迅速普及及計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，類型繁多、性能優(yōu)良、價格理想的控制器越來越多，為計算機(jī)應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中提供了一個良好平臺，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該熟練了解并掌握計算機(jī)自動控制系統(tǒng)知識，確保在實際使用過程中取得令人滿意的控制效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔣榮義.工業(yè)控制計算機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀的分析[J].中國集體經(jīng)濟(jì)（下半月）.2007（07）.

[2]張曉元.現(xiàn)代計算機(jī)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用探討[J].廣東科技.2007（15）.

[3]李世靜.計算機(jī)在工業(yè)電器自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].民營科技.2008（11）.