探讨计算机自动控制系统及应用

探讨计算机自动控制系统及应用

【摘要】伴随着我国社会经济水平的迅速提高，计算机技术在农业、交通、工业、国防建设以及人们的日常生活中获得了非常广泛的应用。与此同时，计算机技术自动控制系统也逐渐得到完善，进一步为人们提供更为优质的服务。本文通过阐述计算机自动控制系统概念，探讨其自动控制过程及几种控制系统类型。

【关键词】计算机；自动控制系统；概念；应用；探讨分析

1 计算机自动控制系统

在计算机技术与自动控制技术获得良好发展的基础上，将两者有机结合起来就形成了计算机自动控制系统。以往控制理论虽然已经获得较为显著的成果，而且能够成功运用于多种领域，整体呈现较为成熟的发展状态。但是传统控制理论仍然存在无法克服的局限性,如果计算步骤及控制系统繁杂，那么在实际操作中并不能使用控制理论知识来克服遇到的困难，无法满足控制系统的潜在运行需求。现行控制理论在逐渐发展的过程中，不断为自动控制系统的分析、设计、综合等方面提供充足的理论基础，同时计算机技术的快速发展为掌握新型控制规律提供了一个时效性非常高的平台，两者的有机结合促进自动控制技术走上更为迅速的发展道路。

典型连续控制系统结构因素包括给定值、控制器、执行器、被控对象、被控参数、检测装置、反馈值等，这个控制系统里所有信号都属于连续信号。在控制过程中使用比较器来对反馈值和给定值进行比较，然后经由控制器来调节计算出现的偏差，形成控制信号

驱动执行机构，最终将被控参数数值控制在预期范围内。使用计算机来替换连续控制系统中的控制器与比较器，并且发挥同样的作用及功能，这样就形成一个典型的计算机自动控制系统。在计算机自动控制系统中, 计算机的输入和输出信号都是数字信号, 而被控

对象的被控参数一般都是模拟量, 执行器的输入信号也大都是模

拟信号, 因此, 需要有将模拟信号转换为数字信号的 a/d 转换器, 以及将数字信号转换为模拟信号的 d/a 转换器。

2 计算机控制系统的控制过程

计算机控制系统的控制过程可以划分为数据采集处理及实时控

制两个部分。数据的采集处理是指及时检测被控对象的被控参数并将其输入到计算机中进行相关处理。实时控制是指按照已经设计好的控制规律来计算得出控制量，并在有效时间内将控制信号发送至控制器。

计算机自动控制过程必须要同时满足实效性及实时性的潜在需求，信号输入、计算、输出时间都应该控制在设计允许范围之内。这个过程会在计算机自动控制作用下不断重复，系统能够契合预先设计的品质指标要求，而且在工作中还能实时监测被控参数与设备可能出现的一系列异常状态，并且在最短时间内进行正确处理。

3 计算机控制系统的组成及特点

计算机系统由硬件和软件组成，硬件包括: 计算机、过程输x/

输出通道、外部设备、操作台; 软件由系统软件和应用软件组成。计算机通过接口可以向系统的各个部分发出各种命令, 同时对被

控对象的被控参数进行实时检测及处理。过程输入/输出通道是在计算机和被控对象之间设置的信息传送和转换的连接通道。过程输入通道把被控对象的被控参数转换成计算机可以处理的数字代码。过程输出通道把计算机输出的控制命令和数据, 转换成可以对被控对象(或工作过程)进行控制的信号。过程输入/输出通道一般分为: 模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道、开关量输出通道; 外部设备是用来实现计算机和外界交换信息的设备。操作台是操作人员与计算机控制系统进行“对话”的设备; 软件是指能够完成各种功能的计算机控制系统的程序系统。计算机控制系统与连续控制系统相比,具有明显的特点:在连续控制系统中, 各处的信号是模拟信号, 而计算机控制系统是有模拟信号和数字信号的混合系统; 在连续控制系统中,控制规律是由模拟电路实现的, 控制规律越复杂, 所需的模拟电路往往越多, 要修改控制规律, 一般要改变原有的电路结构,而在计算机控制系统中,只需修改相应的程序, 就能达到改变控制规律的目的; 计算机控制系统具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能, 能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律; 计算机控制系统不是连续控制的, 而是离散控制的; 在连续控制系统中, 一般是一个控制器控制一个回路, 而在计算机控制系统中, 由于计算机具有高速的运算处理能力, 一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式, 同时控制多个回路; 采用计算机控制系统, 如分级计算机控制系统、集散控制系统、计算机网络控制系统等, 便于实现控制与管理一体化。

4 计算机控制系统类型及应用要点把握

4.1 操作指导控制系统

该系统是指计算机的输出不直接控制被控对象, 只是每隔一定时间, 计算机进行一次数据采集, 将系统的一些参数经a/d 转换器转换后送入计算机进行计算及处理, 然后进行报警、打印和显示。操作人员根据这些结果去改变调节器的给定值或直接操作执行机构。操作指导控制系统是一各开环控制结构。该系统结构简单, 控制灵活和安全, 但是要人工操作, 速度受到限制, 故不适合于快速过程的控制和多个对象的控制。

4.2 直接数字控制系统

该系统又叫 ddc 系统, 它是计算机用于工业过程控制中最普遍的一种模式。计算机通过检测元件对一个或多个系统参数进行巡回检测, 并经过输入通道将检测数据送人计算机, 计算机根据规定的控制规律进行运算, 然后, 发出控制信号直接控制执行机构, 使系统的被控参数达到预定的要求。在 ddc 系统中的计算机参与闭环控制过程, 它不仅能取代模拟调节器,实现多回路的 pid(比例、积分、微分)调节, 而且只通过改变程序就能有效地实现较复杂的控制, 如前馈控制、非线性控制、自适应控制、最优控制等。

4.3 监督计算机控制系统

该系统又叫 scc 系统。在 scc 系统中, 计算机按着描述工作过程的数学模型, 计算出最佳给定值送入模拟调节器或者ddc 计算机, 最后由模拟调节器或者 ddc 计算机控制工作过程, 从而使

工作过程始终处于最佳工作状态。

4.4 分级计算机控制系统

就是由若干个微处理器或管理计算机分别承担部分任务而组成的计算机控制系统。该系统的特点是将控制任务分散, 用多台计算机分别执行不同的任务, 既能进行控制又能实现管理。该系统是一个四级系统, 各级计算机分别承担不同的任务。装置控制级(ddc 级)对工作过程或单机直接进行控制; 部门都督级(scc 级)根据管理级下达的命令和通过装置控制级获得的工作过程的数据, 进行

最优化控制; 管理集中控制级, 根据上级下达的任务和公司情况, 制定工作计划、安排部门日常工作、进行人员调配及各部门的协调, 并及时将 scc 级和 ddc 级的情况向上级反映; 经营管理级, 制

定长期发展规划、发展计划、工作计划, 发命令至各分部, 并接受各部发回来的数据, 实行全局的总调度。

5 结束语

计算机控制技术已经完全贯穿于人们的生活及学习中，社会经济每个层面都与计算机控制技术之间存在非常密切的联系。计算机控制系统大小不同，有非常庞大且复杂的类型，也有体积较小的各种微型设备,计算机控制技术在这些系统中发挥着至为重要的作用。伴随着计算机的迅速普及及计算机技术的快速发展，类型繁多、性能优良、价格理想的控制器越来越多，为计算机应用于自动控制系统中提供了一个良好平台，相关技术人员应该熟练了解并掌握计算机自动控制系统知识，确保在实际使用过程中取得令人满意的控