我对自动控制原理与计算机的认识

我对自动控制原理与计算机的认识

岑佩100205011121

摘要：目前在我国很多行业中都普遍运用了计算机自动控制，它与不仅与我们的日常生活紧密相连，而且还为我国的经济发展提供了必要的技术保障。本文着重讨论计算机是怎样进行自动控制的以及与计算机应用有密切关系的几个自动控制问题，即计算机与自动化控制之间的联系与结合。

1、引言

在二十一世纪科学技术中，电子计算机的发展无疑是最卓越的成就之一，因为它早已从单纯的“高速计算”手段进入了以非计算应用为主的阶段，这种改变为整个科学技术的迅速发展提供了强大的推动力。

由于现代化的高速发展，生产的规模越来越大，其过程也变得越来越复杂。显然，由于受到生理方面的种种限制，人在动作速度、精度、一致性及分辨率等方面都受到了阻碍，因此单纯的人力已经无法满足生产的要求。为了跟上时代发展的步伐进一步提高要求，我们不得不借助自动控制理论和技术。但是常规的控制仪表和模拟装置在多变量控制和随机控制等方面还是受到了一定的限制，对于过于复杂的控制过程甚至无法实现。而计算机的记忆通讯功能正好弥补了常规控制仪表和模拟装置的不足，它能够对一个复杂的生产过程进行组织管理，大量的储存能力，逻辑判断和自动运算将生产变为一个自动化的整体，保证了整个生产过程始终都能保持最佳运行状态。计算机与自动控制相辅相成，形成了计算机自动控制系统，即“以计算机为控制手段对整个生产过程实现自动控制的系统”。

1、计算机的自动控制系统特点

计算机技术与自动控制技术相结合无异于如虎添翼，计算机利用强大的逻辑函数能力，判断功能以及飞速的运算本领对其储存的信息进行分析运算，这使得计算机自动控制能够达到常规自动控制达不到的性能指标。计算机控制系统的特点归纳起来主要有以下几点：（1）控制具有灵活性。（2）控制管理具有方便性，控制与管理监控结合使得自动化程度进一步提高。（3）控制具有高准确性，能够达到最优控制。（4）节省了大量人力和投资，并且提高了效率。计算机自动控制在化工、制药、纺织、冶炼、食品等各种行业都有着广泛的运用，并且取得了优异的成效。

2、计算机自动控制工作的原理

自动控制理论作为一门技术科学它是研究自动控制共同规律的，其发展的初期是以反馈理论为基础的，主要运用于工业生产。二战过后，自动控制理论形成了较为完整的理论体系，它以传递函数为基础，单一输入和单一输出和线形定常数系统的分析与设计问题是其主要的研究对象。

为了使一个复杂的控制任务形成一个有机的整体，首先需要在控制装置和被控制对象之间建立一定的连接方式，即自动控制系统。被控制的输出量在自动控制系统中是需要严格控制的物理量，例如压力、速度或者温度等等；而作为对被控制对象进行控制作用的机构总体，控制装置基于最基本的反馈控制原理和反馈系统可以采用不同原理和装置来控制被控对象。反馈装置是根据被控制量提供的反馈信息从而实现控制装置对被控制装置施加的控制作用，反馈信息是用来保证对被控量进行控制任务的，控制装置根据反馈信息不断调整控制量与被控制量之间的偏差从而保证了控制的准确性。

3、计算机控制系统的分类

计算机自动化控制系统主要可以分为两大类：（1）监督系统。计算机的监督系统是根据生产工艺的一系列参数和相关的数学模型计算出最佳值作为数字调节器和模拟调节器的比例中项定值从而实现对计算机的分级控制。（2）数据处理系统。为了实现对生产过程中各种可能的走向进行分析这要求计算机以生产过程中的各项参数进行实时分析处理。为了保证控制系统的精确性数据的采集和处理是非常有必要的，即便数据的本身没有任何可控性，但是它能为自动化控制系统提供相关的依据。

4、计算机与自动控制的结合

4.1控制系统中的计算机应用

一般来讲控制计算机主要包含了下列硬件：（1）处理器；（2）传感器输入；（3）控制输出；（4）实时时钟；（5）通信硬件。对于控制输入分为三种类型，一是模拟，二是脉冲，三是数字。相应于每种不同的输入都需要不同的处理硬件和软件。连续量传感器件模拟输入的值是电平，开关器件则产生离散的二进制输入。举个例子来讲，例如水位传感器，当水位喂达到某一固定值时，传感器开关是断开的，只有当其超过固定水位的时候开关才会闭合。根据输入的逻辑信号控制计算机可以判断液面有没有达到界面。脉冲装置则根据一个事件输出脉冲信号。例如光电检测器，每当通过一件物品时，

就会相应输出一个脉冲信号，计算机根据一个时间段内的脉冲信号数来计算相应的机器的有关数据。

同样的，控制输出一般也有以上三种类型。继电器根据二进制输出来控制马达，步进电机则被脉冲信号所控制。通过D/A转换器输出模拟信号则可以控制连续绘图系统或者是连续开度的阀门。

由于许多现代系统需要可靠的中断处理、调度操作和优先度要求来处理很多控制环，所以控制系统中还需要包含相应的控制软件和实时时钟。另外，不少系统需要同其他的管理计算机进行软距离通讯，所以通信硬件也是控制系统中不可或缺的重要部分。

4.2顺序作业控制

顺序作业控制是监视和控制生产过程中一系列分立的生产工序，是计算机在自动控制应用中一个非常重要的部分。例如制药工业的自动化，计算机利用储存能力可以储存各种药物的配方和加工工艺，计算机只要根据配方就可以控制各种加工顺序，这种功能保证了同一种制药设备可以生产各种各样的不同药物。

制造半导体集成电路芯片是顺序作业控制的又一个典型例子。从生产原料到加工成成品再到成品的测试和包装，这其中大约包含了100个左右分立的工序，而这些工序中又包含了许多工艺。不仅如此，每一步工序上芯片的位置也不同。顺序作业控制包含了大量复杂的工作，要保证如此复杂的操作能够精准的完成只能借助于计算机的控制。4.3过程控制

工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为输入变量的自动控制，是一种为达到规定目标而对影响过程状况的变量所进行的操作。作为过程控制的主要控制设备，数字控制设备能够调节输入和生产控制系统处于最佳状态，保证输入的突然干扰不影响生产过程。例如恒温热流控制系统，恒温器有一个冷质流入口和一个热质流入口，因为冷质流会影响出口的温度，称之为干扰，传感器测量的输出液流温度则作为反馈量，将反馈量与要求温度相比就可以得到误差信号，而控制器根据误差信号输出相应的控制变量控制调节器使得误差信号为零。

5.计算机自动控制的发展展望

随着我国经济的飞速发展，计算机自动控制技术在各个领域和行业都得到了普及，它为我国的进一步发展提供了技术支持。近些年来计算机自动控制的各种技术层出不穷，呈现出一幅兴兴向荣的良好发展态势。

大规模集成电路技术的发展使得计算机不仅可以通过一小块面积的模板集成强大的功能，同时依旧保留了高可靠性，并且还具有耐冲击，高机械强度及功耗低等显著优点，更为重要的是小巧的模板更有利于组合和模块化，这使得系统的成本大大降低，且使用更加方便。在自动化生产的过程中还可以分散采用微型计算机作为局部控制核心从而形成分散综合控制系统。采用小型分散式系统不仅可以将复杂的问题化整为零，从而更方便处理，而且还可以分散系统可能出现的故障，这样更加便于管理和处理，也不会出现因为局部的某一故障导致整个系统瘫痪，因此可以大大提高整个系统的可靠性。

在农业生产中，可以利用计算机对农田进行大面积的管理并且实现自动控制灌溉系统，或者控制大型的蔬菜大棚的温度、采光、灌溉等等。除此之外，由于计算机数字通讯技术的飞速发展，我们有理由相信应用于各种自动控制的计算机系统也将会应用于远距离通讯，对远距离信息进行交换和控制管理。由于化工产业的飞速发展，计算机自动控制技术也随之发展，参与到整个生产过程控制以及生产事故及安全判定。

依照目前我国的情况来看，使用计算机自动控制技术实现生产过程的控制和关键设备的自动检测将是大多数企业今后一个时期进行技术改造的主要方面。总而言之，计算机自动控制技术必将在我国建设中发挥巨大的作用。