计算机控制 2

1、Hefei University计算机控制技术课程综述姓 名： 学 号： 班 级： 任课老师： 完成时间:   计算机控制技术课程综述 中文摘要  工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术、通信技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。 计算机控制技术这门课程是自动化、测控技术与仪器专业以及相关专业的一门专业课，主要讲述计算机控制系统的基本结构、基本原理，计算机控制系统的数学描述及设计方法，计算机控制系统软、硬件的设计方法与

2、实现途径。主要是培养学生理论联系实际，从实际出发分析问题、研究问题和解决问题的能力，将学生所学知识系统化。 关键词：计算机控制技术；现代控制技术；先进控制技术 The computer control technology summary of the course  Abstract An important area of application of industrial control c

3、omputer and computer-controlled precisely in order to meet the needs of this area and developed a professional technology, it studies how to apply computer technology, communi

4、cations technology and automatic control theory to industrial processes, computer control systems and design needs. Computer control technology for this is Automation, measurement and&#

5、160;control technology and instrumentation specialty courses as well as a specialized professional, focuses on computer control system for the basic structure, foundations, mathematical 

6、;description and design method of computer control systems, software and hardware of the computer control system design methods and approaches. Mainly students of theory with 

7、practice, starting from the actual analysis, research issues and problem-solving skills, systematize the students what they have learned. Keywords:computer control technologies; modern contr

8、ol technology; advanced control technology一、概述自从1971年美国Intel公司生产出世界上第一台微处理器Intel 4004以来，微处理器的性能和集成度几乎每两年就提高一倍，而价格却大幅度下降。在随后30多年的时间里，微型计算机经历了4位机、8位机、16位机、32位机几个大的发展阶段，目前64位机也已经问世。微型计算机的出现，在科学技术上引起了一场深刻的变革。随着半导体集成电路技术的发展，微型计算机的运行速度越来越快，可靠性大大提高，体积越来越小，功能越来越齐全，成本却越来越低，使微型计算机的应用越

9、来越广泛。微型计算机不仅可应用于科学计算、信息处理、办公娱乐、民用产品、家用电器等领域，而且在仪器、仪表及过程控制领域也得到了广泛的应用。仪器、仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理及系统控制等方面有着重要的应用，在许多高精度、高性能、多功能的测量仪器中都采用了微处理器技术。过程控制也是微型计算机应用最多的一个方面，控制对象已从单一的工艺流程扩展到整个企业的生产、管理以及现场各种设备的控制中，采用分布式计算机控制，实现了企业的控制和管理一体化，大大提高了企业的自动化程度。   近年来，随着计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、C

10、RT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术以及自控理论的高速发展，计算机控制的技术水平大大提高，计算机控制系统的应用突飞猛进。利用计算机控制技术，人们可以对现场的各种设备进行远程监控，完成常规控制技术无法完成的任务，微型计算机控制已经被广泛地应用于军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域。可以说，21世纪是计算机和控制技术获得重大发展的时代，大到载人航天飞船的研制成功，小到日用的家用电器，甚至计算机控制的家庭主妇机器人，到处可见计算机控制系统的应用。计算机控制技术的发展日新月异，作为现代从事工业控制和智能仪表研究、开发及使用的技术人员，必须不断学习，加快知识更新的速度，才能适应社会的需要

11、，才能在工业控制领域里继续邀游。    二、计算机控制系统  1.定义 计算机控制系统(Computer Control System，简称CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行

12、联系。被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。  2.组成    计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统。在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出时数字信号，而现场采集到得信号或送到执行机构的信号大多是模拟信号，因此与常规的按偏差控制的闭环负反馈系统相比，计算机控制系统需要有莫属转换器和数模转换器这两个环节。 

13、;  计算机把通过测量元件、变送单元和模数转换器送来的数字信号，直接反馈到输入端与设定值进行比较，然后根据要求按偏差进行运算，所得到数字量输出信号经过数模转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量稳定在设定值上。这种系统称为闭环控制系统。 计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。 3.应用类型 （1）数据采集系统 在这种应用中，计算机只承担数据的采集跟处

14、理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。  （2）直接数字控制系统   计算机根据控制规律进行运算，然后将结果经过过程输出通道，作用到被控对象，从而使被控变量符合要求的性能指标。与模拟系统不同之处在于，在模拟系统中，信号的传送不需要数字化；而数字系统必须先进行模数转换，输出控制信号也必须进行数模转换，然后才能驱动执行机构。因为计算机有较强的计算能力，所以控制算法的改变很方便。  由于计算机直接承担控

15、制任务，所以要求实时性要好、可靠性高和适应性强。  4发展趋势 随着微型计算机控制技术的发展和新的控制理论以及新的控制方法的不断发展，微型计算机控制系统的应用将越来越广泛。其发展趋势主要表现为以下三个方面：  （1） 大力推广应用成熟的先进技术  微型计算机控制技术经过近几十年的发展，已经取得了长足的进步，很多技术已经成熟，今后应大力发展和推广。这些技术包括：（1）可编程控制器的应用。可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller），简称PLC（是早期的继电器逻

16、辑控制系统与微型计算机技术相结合的产物）。 它吸收了微电子技术和微型计算机技术的最新成果，发展十分迅速。如今的PLC几乎无一例外地采用微处理器作为主控制器，而采用大规模集成电路作为存储器I/O接口， 因而使其可靠性、功能、价格、体积都达到了比较成熟和完美的境界。从单机自动化到全厂生产自动化，从柔性制造系统、机器人到工业局部网络无不有它的应用。 近几年来，由于许多中、高档PLC的出现，尤其是具有A/D、D/A转换器和PID调节等功能的PLC的出现，使得PLC的功能有了很大的提高，它可以将顺序控制和过程控制结合起来，实现对生产过程的控制，并且有很高的可靠性，可以广泛的

17、普及和应用。（2）智能化调节器的应用。智能调节器不仅可以接受4-20mA标准电流信号，还具有RS-232或RS-422/485异步串行通信接口，可与上位机连接成主从式测控系统。 （3）分布式控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）的应用。DCS和FCS以位总线（Bitbus）、现场总线（Fieldbus）等先进网络通信技术为基础，采用先进的控制策略，可以向低成本综合自动化系统的方向发展，实现计算机集成制造系统（CIMS）。特别是现场总线系统越来越受到人们的青睐，将成为今后微型计算机控制系统发展的一个重要方向。   （2）大力开发、研究和发展智能控制

18、系统  经典的反馈控制、现代控制和大系统理论在应用中遇到不少难题。首先，其分析和设计都是建立在精确的系统数学模型的基础上的，而实际系统一般难以获得精确的数学模型；其次，为了提高控制性能，整个控制系统变得极其复杂，增加了设计的难度和设备的投资，降低了系统的可靠性。人工智能的出现和发展，促进了自动控制系统向更高层次即智能控制的发展。 智能控制是一种无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程，是用机器模拟人类智能的一个重要领域。 智能控制技术当前主要包括以下几个方面：  分级递阶智能控制技术。由Saridis提出的分级递阶智能控制

19、方法，是从工程控制论的角度出发，总结了人工智能与自适应、自学习和自组织控制的关系之后而逐渐形成的。  作为一种认知和控制系统的统一方法论，其控制智能是根据分级管理系统中十分重要的“精度随智能提高而降低”的原理而分级分配的。分级递阶智能控制系统由组织级、协调级、执行级三级组成。  模糊控制技术。模糊控制是一种应用模糊集合理论的控制方法。它一方面提供了一种基于知识（规则）的，甚至语言描述的控制规律的新机理；另一方面又提供了一种改进非线性控制器的替代方法，可用于控制含有不确定和难以用传统非线性控制理论处理的装置。目前还有多种模糊控制器问世，如PID模糊控制器、

20、自组织模糊控制器、自校正模糊控制器、自学习模糊控制器、专家模糊控制器以及神经网络模糊控制器等。  专家控制技术。专家控制技术以模仿人类智能为基础，将工程控制论与专家系统结合起来，形成了专家控制系统，其对象一般都具有不确定性。专家控制系统与模糊控制系统至少有一点是共同的，即两者都要建立人类经验和人类决策行为的模型。此外，两者都有知识库和推理机，而且其中大部分至今仍为基于规则的系统。因此，模糊逻辑控制器通常又称为模糊专家控制器。   机器学习技术。学习是人类主要智能之一。机器学习研究如何用机器来代替人类从事脑力劳动，使机器能象人那样思维。机器学习控

21、制系统能在运行过程中逐步获得有关被控对象及环境的非预知信息，积累控制经验，并在一定的评价标准下进行估值、分类、决策和不断改善系统品质。  （3）单片机的应用将更加深入 由于单片机具有集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、价格廉、灵活方便等一系列优点，各类单片机将更加广泛地应用于国防、航空航天、海洋、农业、地质、气候、科技、教育、生活等各个领域，并发挥巨大的作用。 单片机组成控制系统时，按功能来区分主要有以下三种：  单片机过程控制系统。由于单片机口线较多，位操作指令丰富，逻辑操作功能强，所以特别适合于生产过程控制，如锅炉或加热炉的煤气燃烧、温度控制，电机或步进电机的正转、反转、制动控制，机器人仿真操作控制，汽车点火、变速、方向灯、刹车、排气控制，数控机床加工过程控制，导弹飞行轨迹、速度、制导控制等等。 ，尽管被控的参量和过程不尽相同，但由于其参量都属于模拟量或开关量，变换过程或操作过程都具有确定的顺序，或规律性很强，因此都可采用数值控制、开关量控制、顺序控制或逻辑控制方式来实现。  智能化仪器。由于单片机控制功能强、体积小、功耗低，并具有一定的数据处理能力，因此将更广泛用于仪器仪表，使仪器仪表进一步智能化。 智能化仪器主要由传感器及微型计算机或单片机组