计算机控制系统的发展概况
计算机控制系统的发展趋势
计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。
若将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控制系统。
它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。
其中辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。
它与被控对象的联系和部件间的联系通常有两种方式：有线方式、无线方式。
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。
控制系统的结构从最初的CCS(计算机集中控制系统)，到第二代的DCS(分散控制系统)，发展到现在流行的FCS(现场总线控制系统)，对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求越来越高，使得以太网与控制网络的结合应运而生。
将现场总线、以太网、多种工业控制网络互联、嵌入式技术和无线通信技术融合到工业控制网络中，在保证控制系统原有的稳定性、实时性等要求的同时，又增强了系统的开放性和互操作性，提高了系统对不同环境的适应性。
在经济全球化的今天，这一工业控制系统网络化及其构成模式使得企业能够适应空前激烈的市场竞争，有助于加快新产品的开发、降低生产成本、完善信息服务，具有广阔的发展前景，也必将为计算机控制系统的网络化带来新的发展机遇。
当今国家，要想在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势，尤其要在高新技术产品的创新设计与开发能力上取得优势。
在以信息技术为代表的高科技应用方面，要充分利用各种新兴技术、新型材料、新式能源，并结合市场需求，以实现世界的又一次“工业大革命”；在工业设计与工程设计的一致性方面，要充分协调好设计的功能和形式两个方面的关系，使两者逐步走向融合，最终实现以人为核心、人机一体化的智能集成设计体系。
从工业设计的本身角度看，随着CAD、人工智能、多媒体、虚拟现实等技术的进一步发展，使得对设计过程必然有更深的认识，对设计思维的模拟必将达到新的境界。
计算机控制技术发展及应用
工业以太网
• 10M/100Mbps的标准工业以太网符合TCP/IP 协议
• 工业以太网是在标准Ethernet基础上开发的 双通道网络系统
• 增加特殊控制功能：冗余控制、实时故障同 步诊测
• 多项指标优化设计，实时响应性 • 网络故障实时诊断信息显示在操作站上 • 工业以太网更适合中大规模控制系统选用
1.2 计算机控制系统软件介绍
应用软件是用户根据控制对象、控制要求，为实现高效、 可靠、灵活的控制而自行编译的各种程序。它们包括：数据 采集、数字滤波、标度变换、键盘的处理、过程控制算法、 输出与控制等程序。
用于应用软件开发的程序设计语言，一般有：汇编、 C# 、C++、VB、VC 等。 目前也有一些专门用于控制的引 用组态软件，这些软件功能强，使用方便，组态灵活，具有 很强的应用前景。
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ห้องสมุดไป่ตู้
水箱水位的自动控制
浮子：测量作用 连杆：比较作用 放大器、伺服电动机和减速器： 调节作用 阀门：执行元件作用
水箱水位的自动控制示意 图
当实际水位低于要求水位时，电位器输出电压值为正，且其大 小反映了实际水位与水位要求值的差值，放大器输出信号将有 正的变化，电动机带动减速器使阀门开度增加，直到实际水位 重新与水位要求值相等时为止。 水位自动控制的目的：使偏差消除或减小，使实际水位达到要 求的水位值。
微机控制技术的发展概况及趋势
微机控制技术的发展概况及趋势摘要微型计算机控制系统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。
文章介绍了计算机控制系统的组成及分类，微型计算机控制系统的硬件一般是由微型计算机、外部设备、输入输出通道和操作台等组成，控制软件是微型计算机控制系统的神经中枢，整个系统的工作都是在程序的指挥下进行协调工作，并介绍了计算机控制系统的发展历史，我国工业控制机以及系统的应用与发展，应用现状及发展趋势。
一、引言微型计算机控制系统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，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，也可以是为达到某种最优化目标。
二、计算机控制技术的发展历史计算机控制系统的发展是与计算机技术、控制技术的发展密切相关的。
计算机控制系统的发展大致经历了以下四个阶段：（一）计算机控制系统的开创期（20世纪50年代）。
1946年世界第一台电子计算机ENICA问世。
1952年，计算机首先被用来自动检测化工生产过程的过程参量并进行数据处理。
1954年，人们开始研究计算机的开环控制。
1956年3月开始，美国开辟了计算机控制的新纪元。
但是计算机控制并没有得到广泛的应用。
（二）直接数字控制阶段（20世纪60年代）。
1962年，英国研究了一台用于过程控制的计算机，实现了直接数字控制，但是系统的抗干扰性比较差，可靠性不是太好，因此许多计算机系统发生障碍。
（三）集中式计算机控制系统发展时期（1967-1975年）。
第一章 计算机控制系统概述
第一章计算机控制系统概述§1．1概述随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。
本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
1．1．1计算机控制技术研究的内容及特点1、研究的内容：主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络通信技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。
2、主要的特点：1）理论性强：应用各种控制理论、信号处理理论等2）综合性强：应用有控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等3）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等4）理论与实践相结合5）实用性强6）应用广泛等1．1．2计算机控制技术这门课所应用到的技术：计算机技术、自动控制技术、微电子技术、信息处理技术、检测与传感技术、通信与网络技术、CRT显示技术等等1．1．3计算机控制技术的现状与发展趋势计算机控制技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分1．1．4目前，计算机控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、工业控制软件正向先进控制方向发展► 1.2. 计算机控制系统的组成► 1.3 计算机控制系统分类► 1.4 计算机控制系统中的计算机► 1.5 微型计算机控制系统的发展趋势§1.2 计算机控制系统的组成★自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
现代计算机控制系统发展方向研究
关于现代计算机控制系统的发展方向研究摘要：本文选取相互结合计算机与自动控制理论的角度进行分析，对于现代计算机控制系统的发展历史进行概括，并且概括所涉及到的关键技术与发展趋势，从而探究现代计算机控制系统的发展方向。
关键词：现代；计算机；控制系统；发展方向；趋势中图分类号：tp3011 当前计算机控制系统发展概况从定义上来看，所谓的计算机控制系统则是有效的结合计算机技术和控制理论所得到的产物，而这一过程处于不断的演变发展当中，也就是从简单的计算机控制系统逐步往多级分布式计算机控制系统进行过渡。
从时间上来看，当结束二战之后，有两件有着深远影响的大事在科学技术领域发生，其中的一件就是出现第一台电子计算机，第二件就是建立起景点控制理论，有效联合起新型与控制，发展计算机控制系统与发展控制论两者之间存在着息息相关的关系。
通过对发展的计算机的硬件进行分析，已经有着四代发展历程，当前已经迈入第五代，而从处理方式进行分析，也经历着批量处理、分时处理、分布式处理这三个阶段，而如今已经迈入到“稠密处理”的新阶段。
而在发展的网络通信技术的背景下，将计算机连成网络，做到高度共享资源的实现，使得在整个网络当中的所有计算机软硬件资源所具备的潜力充分发挥，处理极大数量的信息。
而在这一过程当中，控制理论也相应的经历着经典控制理论、现代控制理论、大理论这三代变化，而且整个控制理论依然处于持续不断的发展过程当中，如今已经正在孕育着新的一代控制理论。
计算机控制系统这是有效结合计算机技术和控制理论，其发展虽然存在着一定的关系与控制理论与计算机技术，可是这首要的是出于现代大型工业自动化生产发展的客观需要所决定，从阶段上来看，计算机控制系统主要可以划分为四大阶段：计算机控制的开创阶段，从时间上是1955至1962年；直接数字控制阶段，从时间上是1962至1967年；小型计算机控制阶段，从时间上是1967至1972年。
在这一阶段当中出现各种类型的小型计算机进行工业控制；微型计算机控制阶段，从时间上1972年到现在，所采用的则是借助于微型计算机从而能够做到大量的各种专用控制器、集散控制系统与分级递阶控制系统制造出来。
计算机控制技术简介
计算机控制技术简介计算机控制技术是一种应用计算机和自动控制原理实现对各类设备、系统和过程进行控制和管理的技术。
它通过计算机的高效运算、智能决策和迅速响应能力，为工业、交通、农业、医疗等领域提供了强大的支持和推动力。
本文将从计算机控制技术的起源、应用领域、关键技术和发展趋势等方面进行探讨。
一、计算机控制技术的起源和发展计算机控制技术的起源可以追溯到20世纪50年代，当时计算机技术刚刚起步，人们想通过计算机实现对工业生产过程的自动控制。
最早的计算机控制系统主要利用数字计算机进行控制，并实现一些简单的自动化操作。
随着计算机硬件和软件技术的发展，计算机控制技术得到了快速的推广和应用。
二、计算机控制技术的应用领域计算机控制技术在各个领域都有广泛的应用。
在工业生产中，计算机控制技术可以实现对生产线的自动化控制，提高生产效率和产品质量。
在交通运输领域，计算机控制技术可以实现智能交通管理、优化调度和车辆导航等功能。
在农业生产中，计算机控制技术可以实现精准农业管理、智能化灌溉和自动化收割等操作。
在医疗健康领域，计算机控制技术可以实现医疗设备的精确控制和医疗信息管理等。
三、计算机控制技术的关键技术1. 传感器技术：传感器是计算机控制技术的重要组成部分，可以将物理量、化学量等转化为计算机可读取的电信号。
传感器技术的发展使得计算机可以实时获取各种信息，并根据信息进行反馈和控制。
2. 数据采集与处理技术：数据采集与处理技术是计算机控制技术的核心。
通过各种设备和传感器采集到的数据，计算机可以进行高速、准确的数据处理和分析，从而实现对控制系统的精确控制。
3. 控制算法与模型技术：控制算法和模型技术是计算机控制技术的关键。
通过建立准确的数学模型和设计合理的控制算法，可以实现对各种复杂系统和过程的自动控制。
4. 人机交互技术：人机交互技术是计算机控制技术的重要组成部分，可以实现人与计算机之间的信息交流和指令传递。
通过人机交互技术，用户可以直观地了解和控制计算机控制系统，提高系统的可用性和易用性。
控制系统的网络化发展及现状
控制系统的网络化发展及现状随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。
控制系统的结构从最初的CCS（计算机集中控制系统），到第二代的DCS（分散控制系统），发展到现在流行的FCS（现场总线控制系统）[1]。
对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求，又催生了当前在商业领域风靡的以太网与控制网络的结合。
这股工业控制系统网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等多种当今流行技术融合进来，从而拓展了工业控制领域的发展空间，带来新的发展机遇。
1计算机控制系统的发展计算机及网络技术与控制系统的发展有着紧密的联系。
最早在50年代中后期，计算机就已经被应用到控制系统中。
60年代初，出现了由计算机完全替代模拟控制的控制系统，被称为直接数字控制（DirectDigitalControl,DDC）。
70年代中期，随着微处理器的出现，计算机控制系统进入一个新的快速发展的时期，1975年世界上第一套以微处理为基础的分散式计算机控制系统问世，它以多台微处理器共同分散控制，并通过数据通信网络实现集中管理，被称为集散控制系统（DistributedControlSystem,DCS）。
进入80年代以后，人们利用微处理器和一些外围电路构成了数字式仪表以取代模拟仪表，这种DDC的控制方式提高了系统的控制精度和控制的灵活性，而且在多回路的巡回采样及控制中具有传统模拟仪表无法比拟的性能价格比。
80年代中后期，随着工业系统的日益复杂，控制回路的进一步增多，单一的DDC控制系统已经不能满足现场的生产控制要求和生产工作的管理要求，同时中小型计算机和微机的性能价格比有了很大提高。
于是，由中小型计算机和微机共同作用的分层控制系统得到大量应用。
进入90年代以后，由于计算机网络技术的迅猛发展，使得DCS系统得到进一步发展，提高了系统的可靠性和可维护性，在今天的工业控制领域DCS仍然占据着主导地位，但是DCS不具备开放性，布线复杂，费用较高，不同厂家产品的集成存在很大困难。
计算机控制技术于海生
（2）比例积分微分控制（PID控制）
定义：调节器的输出是调节器输入的比例、积分和 微分的函数。
PID控制是现在应用最广、最为广大工程技术人 员熟悉的技术。PID控制结构简单、参数容易调整， 因此，无论模拟调节器或者数字调节器，多数使用 PID调节规律。这同样是我们学习的一个重点内容。
（3）最小拍控制
（1）程序和顺序控制 （2）比例积分微分控制（PID控制） （3）最小拍控制 （4）复杂规律的控制 （5）智能控制
（1）程序和顺序控制
定义：程序控制是被控制量按照一定的、预先规定 的时间函数变化，被控制量是时间函数的变化。
顺序控制是程序控制的扩展，在各个时期所给出 设定值可以是不同的物理量，而且每次设定值的给 出，不仅取决于时间，还取决于对以前的控制结果 的逻辑判断。
②实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时 间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的 速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时 机，控制也就失去了意义。
！而且这个时间范围的大小跟被空对象联系非常
的紧密！不同的被控对象，对时间范围的要求不同： 发酵过程和导弹防御系统的对比！
思考两个问题
1.工业控制机 （1）硬件组成 （2）软件组成 2.生产过程
1.1.4 常用的计算机控制系统主机
1.可编程序控制器（PC/PLC） 2.工控机（IPC） 3.单片机 4.DSP 5.智能调节器
1.2 计算机控制系统的典型型式
1.2.1 操作指导控制系统
操作指导控制系统的优点是结构简单，控制灵活和安全。
第三章讨论了数字程序控制技术，重点介绍了逐点比 较法插补原理和步进电机控制技术（工作原理以及工 作方式）；
第四章主要讲解数字控制器的连续化设计技术、数字 控制器的离散化设计技术以及相关的各类控制算法， 介绍一下常规及复杂控制技术；
计算机控制系统介绍
• 多级控制系统（MCS）
在现代生产企业中，不仅需要解决生产过程的在线控 制问题，而且还要求解决生产管理问题，每日生产品种、 数量的计划调度以及月季计划安排，制定长远规划、预 报销售前景等，于是出现了多级控制系统。 DDC级主要用于直接控制生产过程，进行PID或前馈 等控制；SCC级主要用于进行最佳控制或自适应控制或 自学习控制计算，并指挥DDC级控制同时向MIS（管理 信息系统）级汇报情况。DDC级通常用微型计算机， SCC和MIS级一般用小型计算机或高档微型计算机。
计算机控制系统
课程安排：
学习方式：课堂学习、课堂讨论、课程实验； 学习内容：课堂知识（课件，网络学堂下载）、
文献调研、习题、实验；
课后习题要求：每章课程学习完成后的下一周，
提交该章的习题作业，要求作业采用手写纸稿；
考试形式：考查，包括参加课堂学习和讨论、课
程实验，提交实验报告。
2
参考书籍
27
DCS在热电厂的应用
电厂管理计算机
厂级
1号机组计算机
2号机组计算机
3号机组计算机
单元 机组级
锅炉 控制
汽轮机 控制
局部 控制
程序 控制
制粉 控制
水处理 功能群 控级 控制
驱动器、 控制器群
执行级
被控过程
28
• 现场总线网络控制系统（FCS, fieldbus control system）
FCS为新型网络集成式全分布控制系统，它 将操作站、现场智能仪表以及其它信息资源作为网 络中的节点，将原来封闭、专用的系统变成开放、 标准的系统，从过程控制走向了过程管理。现场总 线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向 传输、多分支结构的通信网络。 现场总线系统具有以下技术特点：①系统开 放；②标准统一，互可操作性与可用性；③全数 字，现场设备的智能化与功能自治性；④系统结 构的高度分散；⑤对现场环境的适应性。
计算机控制技术的发展及趋势
计算机控制技术的发展及趋势张赟枫自动化13040901130425一、计算机控制技术的发展1、第一代工业计算机控制技术第一代工控机技术起源于20世纪80年代初期，盛行于80 年代末和90年代初期，到90年代末期逐渐淡出工控机市场，其标志性产品是STD总线工控机。
STD总线最早是由美国Pro-Log公司和Mostek公司作为工业标准而制定的8位工业I/O总线，随后发展成16位总线，统称为STD80，后被国际标准化组织吸收，成为IEEE961标准。
国际上主要的STD总线工控机制造商有Pro- Log、Winsystems、Ziatech等，而国内企业主要有北京康拓公司和北京工业大学等。
STD总线工控机是机笼式安装结构，具有标准化、开放式、模块化、组合化、尺寸小、成本低、PC兼容等特点，并且设计、开发、调试简单，得到了当时急需用廉价而可靠的计算机来改造和提升传统产业的中小企业的广泛欢迎和采用，国内的总安装容量接近20万套，在中国工控机发展史上留下了辉煌的一页。
2、第二代工业计算机控制技术1981年8月12日IBM公司正式推出了IBM PC机，震动了世界，也获得了极大成功。
随后PC机借助于规模化的硬件资源、丰富的商业化软件资源和普及化的人才资源，于80年代末期开始进军工业控制机市场。
美国著名杂志《CONTROL ENGINERRING》在当时就预测“90年代是工业IPC的时代，全世界近65%的工业计算机将使用IPC，并继续以每年21%的速度增长”。
历史的发展已经证明了这个论断的正确性。
IPC在中国的发展大致可以分为三个阶段：第一阶段是从20世纪80年代末到90年代初，这时市场上主要是国外品牌的昂贵产品。
90年代末期，ISA总线技术逐渐淘汰，PCI总线技术开始在IPC中占主导地位，使IPC工控机得以继续发展。
但由于IPC工控机的结构和金手指连接器的限制，使其难以从根本上解决散热和抗振动等恶劣环境适应性问题，IPC开始逐渐从高可靠性应用的工业过程控制、电力自动化系统以及电信等领域退出，向管理信息化领域转移，取而代之的是以CompactPCI总线工控机为核心的第三代工控机技术。
计算机控制系统简介
计算机控制系统的性能指标 自动控制系统的性能一般从三个方面，即稳定性、 准确性和快速性来衡量。 （1）稳定性。一个自动控制系统能否应用，稳定性 是必要条件，不稳定的系统在生产上是不能采用 的，只有稳定的系统才能完成正常的控制任务。 控制系统的稳定程度一般可用衰减率来表示。 （2）准确性。它是指被控量偏差的大小，包括动态 偏差和静态偏差。
DEH:( digital electro-hydraulic control system) 汽轮发电 机数字电液控制系统 汽轮机是电厂的重要设备，完成把热能向机械能的转化。 汽轮机驱动发电机，将机械能转化为电能，电能上网销售。 电网频率是供电质量的重要指标，这就是要求汽轮机转速 必须稳定在额定值附件。完成对汽轮机控制的自动装置， 即为数字电液控制系统，简称DEH。DEH是高可靠性的汽 轮机控制器，DEH控制系统检测汽轮机的转速和负荷，完 成汽轮发电机组的转速和功率控制。DEH系统的主要控制 功能包括：转速控制；负荷控制；机前压力控制和抽汽压 力控制；频率控制；负荷限制；阀门控制和阀门管理；完 善的超速、超压、超温等保护控制；RUNBACK; FCB。 DEH还可以进行各项试验：阀门试验、超速试验、严 密性试验、注油试验。
协 调 控 制 级
锅炉控制系统
汽轮机控制系统
制基 级础 控
单元 机组
锅炉
汽轮机
二，对单元机组协调控制系统的基本要求
① 机组并网运行时，应使机组满足电网对机组负荷的要求， 并具有较高的负荷适应能力。系统能够具有稳定裕量和 克服内部扰动的能力。 保证机组运行安全。当主机或主要辅助设备故障时，应 自动采取相应的措施，把故障限制在最小的范围内，在 保证设备安全的前提下，不致使机组停机。 对于允许滑压运行的单元机组，其协调控制系统应满足 定压和滑压不同运行方式的需要 系统要方便于运行人员的干预，如进行运行方式的切换、 进行手动操作等。
计算机控制系统课件第一章(10下)
1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
常规控制系统和计算机控制系统的比 前者连续不断地测量， 较：前者连续不断地测量，经过反馈及 补偿后对生产过程产生连续不断的控制。 补偿后对生产过程产生连续不断的控制。 后者是采样控制系统， 后者是采样控制系统，微机每隔一个采 样周期T才对被控参数进行一次测量， 样周期T才对被控参数进行一次测量，根 据一定控制规律计算出控制量后， 据一定控制规律计算出控制量后，去控 制生产过程。在两次采样时刻之间， 制生产过程。在两次采样时刻之间，微 机对被控制参数不测量， 机对被控制参数不测量，其输出控制量 自然也保持不变。 自然也保持不变。
1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
上述过程不断重复， 上述过程不断重复，使系统能够按 一定的动态品质指标进行工作， 一定的动态品质指标进行工作，并对被 控参数和设备是否出现异常情况进行监 以便作出迅速处理。 督，以便作出迅速处理。 所谓“实时”是指信号的输入、 所谓“实时”是指信号的输入、运 算处理和输出能在一定的时间内完成。 算处理和输出能在一定的时间内完成。 即要求微机对输入信号要以足够快的速 度进行测量和处理， 度进行测量和处理，并在一定的时间内 作出反应或产生相应的控制。 作出反应或产生相应的控制。超出了这 个时间就会失去控制时机。 个时间就会失去控制时机。
第一章 绪论 本章的主要内容： 本章的主要内容： 1.1 计算机控制系统概述 1.2 计算机控制系统的分类 1.3 计算机控制系统的发展方向 1.4 计算机控制理论
—计算机控制技术—
1.1 计算机控制系统概述 本节的主要内容： 本节的主要内容： 1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
它与闭环控制系统不同， 它的控制器直 它与闭环控制系统不同 ， 接根据给定信号去控制被控对象工作。 接根据给定信号去控制被控对象工作 。 被控制量在整个控制过程中对控制量不 产生影响。 与闭环控制系统相比， 产生影响 。 与闭环控制系统相比 ， 它的 控制性能较差。 控制性能较差。
计算机控制技术的发展与应用
计算机控制技术的发展与应用计算机控制技术是指将计算机作为主要手段，对各种设备、工艺过程进行控制和管理的技术。
自从计算机问世以来，随着科学技术的不断进步，计算机控制技术也得到了广泛的应用和发展。
本文将从计算机控制技术的历史发展、应用领域以及未来趋势三个方面进行探讨。
一、历史发展1.早期控制技术计算机控制技术的发展源远流长。
早在19世纪末，人们就开发出了机械控制系统，用于对蒸汽机、织布机等进行控制。
但由于机械控制系统的局限性，无法适应复杂的工业生产需求。
2.数字控制技术的崛起20世纪40年代至50年代，数字控制技术的出现极大地推动了计算机控制技术的发展。
数字控制技术利用计算机对工具机进行控制，从而提高了生产效率和产品质量。
这一技术的应用为后来的计算机控制技术奠定了基础。
3.计算机控制技术的迅速发展随后，随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术也得到了突破性的进展。
从单一的数字控制系统发展到计算机数控系统，再到集成控制系统和网络控制系统，计算机控制技术逐渐实现了自动化、智能化的目标。
二、应用领域1.工业自动化计算机控制技术在工业生产中的应用非常广泛。
通过计算机控制技术，可以实现对生产过程的精确控制，提高生产效率和产品质量。
例如，在汽车制造过程中，计算机控制技术可以控制机器人进行焊接、喷涂等操作，提高生产效率并减少人为错误。
2.交通运输计算机控制技术在交通运输领域的应用也日益重要。
通过计算机控制技术，可以对交通信号灯进行智能化控制，实现交通流的优化调度。
此外，计算机控制技术还可以应用于交通管理系统、智能公交系统等方面，提升城市交通运输的效率和安全性。
3.医疗卫生在医疗卫生领域，计算机控制技术的应用也呈现出巨大的潜力。
计算机控制技术可以用于医疗设备的控制与监测，例如心电图仪、脑电图仪等。
此外，计算机控制技术还可以用于医疗信息管理系统，提高医疗卫生服务的效率和质量。
4.农业生产随着农业的现代化发展，计算机控制技术也被广泛应用于农业生产中。
计算机控制系统：第1章 计算机控制系统概述
采样——将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程。
量化——采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转
2021/1/10 换成数字信号。
7
1．3 计算机控制系统的典型形式
1. 数据采集和监视系统
模拟量输入（AI）通道
计 算
数字量输入（DI）通道
生 产
机
过
CRT
程
打印机
操作
调节器
人员
图4 数据采集和监视系统
图9 过渡过程的4种情况
13
2 . 计算机控制系统的能控性和能观测性
能控性和能观性从状态的控制能力和状态的测 辨能力两个方面揭示了控制系统的两个基本问题。
能控性
系统控制的主要目的是驱动系统从某一状态到达指 定的状态。如果系统不能控，就不可能通过选择控制作 用，使系统状态从初始状态到达指定状态。
能观性
4. 分散型控制系统
管理 综合信息管理级 计算机
集中操作监控级
工程师 操作台
操作员 操作台
网间 联接器
监控 计算机
至其它局域网
局部网络 （LAN） 网间 联接器 通信联络
现场
分散过程控制级 控制站
PLC
智能 调节器
其它测 控装置
图7 DCS结构示意图
采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协调的设计
1
本章主要内容：
本章主要介绍计算机控制系统的基本概 念、结构组成、特点、分类以及计算机控制 系统的发展概况和趋势。
2021/1/10
2
1．1 计算机控制系统的基本概念
计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程 自动控制的系统。
自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过 控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
计算机控制技术课后习题与答案
！第一章习题答案1、什么是计算机控制系统它的工作原理是怎样的计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程控制的系统．原理图计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
](3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2、计算机控制系统由哪几部分组成请画出计算机控制系统的组成框图。
计算机控制系统由工业控制机和生产过程两个大部分组成．工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分．生产过程包括被控对象、测鼍变送、执行机构、电气开关装置．计算机控制系统的组成框图3、计算机控制系统的典型型式有哪些各有什么优缺点答：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、分散控制系统、现场总线控制系统、综合自动化系统【(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。
计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。
(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。
DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。
(3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。
计算机控制系统的发展概况
计算机控制系统的发展概况回顾工业过程的计算机控制历史，在20 世纪大致经历了50 年代的起步期、60 年代的试验期、70 年代的推广期、80 年代和90 年代的成熟期及进一步发展期。
世界上第一台数字计算机于1946 年在美国诞生，起初计算机用于科学计算和数据处理，之后，人们开始尝试将计算机用于导弹和飞机的控制。
20 世纪50 年代开始，首先在化工生产中实现了计算机的自动测量和数据处理。
1954 年，人们开始在工厂实现计算机的开环控制。
1959 年3 月，世界上第一套工业过程计算机控制系统应用于美国德州一家炼油厂的聚合反应装置，该系统实现了对26 个流量、72 个温度、3 个压力和 3 个成分的检测及其控制，控制的目标是使反应器的压力最小，确定 5 个反应器进料量的最佳分配，根据催化剂的活性测量结果来控制热水流量以及确定最优循环。
1960 年，在美国的一家合成氨厂实现了计算机监督控制。
1962 年，英国帝国化学工业公司利用计算机代替了原来的模拟控制，该计算机控制系统检测224 个参数变量和控制129 个阀门，因为计算机直接控制过程变量，完全取代了原来的模拟控制，所以称其为直接数字控制，简称DDC。
DDC 是计算机控制技术发展过程的一个重要阶段，此时的计算机已成为闭环控制回路的一个组成部分。
DDC 系统在应用中呈现出的与模拟控制系统相比所具有的优点，使人们看到了DDC 广阔的推广前景，以及它在控制系统中的重要地位，从而对计算机控制理论的研究与发展起到了推动作用。
随着大规模集成电路技术在20 世纪70 年代的发展，1972 年生产出了微型计算机，过程计算机控制技术随之进入了崭新的发展阶段，出现了各种类型的计算机和计算机控制系统。
另外，现代工业的复杂性，生产过程的高度连续化、大型化的特点，使得局部范围的单变量控制难以提高整个系统的控制品质，必须采用先进控制结构和优化控制等来解决。
这就导致了计算机控制系统的结构发生变化，从传统的集中控制为主的系统逐渐转变为集散型控制系统（DCS）。
计算机控制系统的发展综述
计算机控制系统的发展综述【摘要】在工程和科学领域，自动控制担负着重要的角色。
自动控制理论和技术的不断发展，为人们提供了获得动态系统最佳性能的方法，提高了生产效率，并使人们从繁重的体力劳动和大量重复性的手工操作中解放出来，本文讨论了计算机控制系统在工业控制上的应用及其发展趋势，加深了对计算机控制系统的理解。
【关键词】计算机控制系统;自动控制;发展趋势一、计算机控制系统的工作原理随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统，因此，充分理解计算机控制系统是十分重要的。
我们可以把计算机控制系统看作是模拟控制系统的一种近似，但这种看法是相当贫乏的，因为它没有充分发挥计算机控制的潜力，最多只能获得与采用模拟控制时一样的控制效果。
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，简称工业控制机）来实现生产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是数字信号，因此需要有A/D和D/A转换器。
因此，从本质上看，计算机控制系统的工作原理可以归纳为3个步骤：①实时数据采集②实时控制决策③实时控制输出以上过程不断重复，使得整个系统按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常现象即使做出处理二、计算机控制系统的组成计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成。
工业控制机指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两个组成部分。
生产过程包括被控对象和测量变送、执行机构、电气开关等装置，这些装置都有各种类型的标准产品，在设计计算机控制系统时，根据需要合理地选型即可。
三、计算机控制系统的发展概况1.开创时期（1955-1962）早期的计算机使用电子管，体积庞大，价格昂贵，可靠性差，只能从事一些操作指导和设定值控制。
2.直接数字控制时期（1962-1967）在这个时期，就是那件直接控制过程变量，完全取代了原来的模拟控制，因而称这样的控制为直接数字控制（DDC）。
计算机控制系统的发展趋势？
计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统随着计算机科学、自动控制理论、网络技术、检测技术的发展，在工业4.0 以及中国制造2025 计划的推动下，其发展趋势大致如下。
随着计算机技术和网络技术的不断发展，各种层次的计算机网络在控制系统中得到了广泛应用。
计算机控制系统的规模越来越大，其结构也发生了变化，经历了计算机集中控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统，向着网络控制系统（Network Control System，NCS）发展。
网络控制系统的结构示意图如图所示。
在工业自动化向智能化的发展进程中，通信已成为关键问题之一，但由于多种类型现场总线标准并存，不同类型的现场总线设备均配有专用的通信协议，互相之间不能兼容，无法实现互操作和协同工作，无法实现信息的无缝集成。
使用者迫切需要统一的通信协议和网络。
因此，基于TCP/IP 的以太网进入工业控制领域并且得到了快速发展。
比如，惠普公司应用IEEE 1451.2 标准，生产的嵌入式以太网控制器具有10-Base 以太网接口，运行FTP/HTTP/TCP/UDP，应用于传感器、驱动器等现场设备。
再如，FF 提出的IEC 61158 标准中类型 e 所定义的HSE（High Speed Ethernet）协议，用高速以太网作为H2 的一种替代方案，选用100Mbit/s 速率的以太网的物理层、数据链路层协议，可以使用低价位的以太网芯片、支持电路、集线器、中继器和电缆。
国内浙大中控也推出了基于EPC（Ethernet for Process Control）的分布式网络控制系统，将Ethernet 直接应用于变送器、执行机构、现场控制器等现场设备间的通信。
网络化控制系统就是将控制系统的传感器、执行器和控制器等单元通过网络连接起来。
其中的网络是一个广义的范畴，包含了局域网、现场总线网、工业以太网、无线通信网络、Internet 等。
随着物联网概念的提出以及控制系统发展的需求，以无线通信模式为新特征的物联网控制系统，必将成为计算机控制系统的重要发展方向。
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世界上第一台过程控制计算机于1959年在美国德克 萨斯州的一个炼油厂正式投入运行：该系统控制26个流 量，72个温度，3个压力和3个成分；基本功能是控制反 应器的压力，确定反应器进料量的最优分配，并根据催 化作用控制热水流量以及确定最优循环。
此时计算机系统采用电子管，它不仅运算速度慢， 价格昂贵，而且体积大，运行可靠性差。1958年前后， 计算机的平均无故障时间为50一600h。由于它的可靠性 差，所以主要用于数据处理和操作指导。
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轧制过程的计算机控制系统
WUST1.2.2．计算机控制理论的发展过程
► 采样定理 ► 差分方程 ► Z变换法
Z f (kT ) zK f (kT ) k0
► 状态空间理论
► 最优控制与随机控制
► 代数系统理论► 系统辨识与自适应控制2020年5月27日星期三
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1.2.3 计算机控制系统的轧发制过展程的趋计算势机控制系统
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轧制过程的计算机控制系统
WUST三、过程计算机控制的发展过程
大规模集成电路 为逻辑元件
1972年，分散控 制系统投入使用
中小规模集成电路 晶体管为逻辑元件 电子管为逻辑元件 1946年，计算机问世
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集中控制系统
1962年，英国帝国工业 公司直接计算机控制 1959年，美国炼油厂 操作指导控制
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1.2.4 计算机控制系统的轧制发过程展的趋计算势机控制系统
1．推广应用成熟的先进技术
► 普及应用可编程序控制器（PLC）
► 广泛使用智能调节器
► 采用新型的 DCS和 FCS 2．大力研究和发展智能控制系统
► 分级递阶智能控制系统
► 模糊控制系统
► 专家控制系统
前期开发的DCS基本控制器一般是8个回路以上。80年代 以后一般只控制1～2个回路。可靠性达到很大提高。
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工业控制计算机的发展轧基制过本程的上计算经机控历制系统
数据收集和操作指导 (P12) DDC控制系统阶段 计算机与模拟仪表混合控制阶段 计算机监督控制阶段 分散控制系统阶段 现场总线控制系统
► 学习控制系统
► 神经控制系统
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随着半导体技术的发展，计算机运算速度和 可靠性不断提高，从1962年开始采用直接数字控 制(DDC)，MTBF大约为1000h。1962年英国的 帝国化学工业公司(ICI)实现了一个DDC系统， 其中数据采集为244个，控制129个阀门。
1.2 计算机控制系统的发展概况
1.2.1 计算机控制系统的发展阶段 ► 开创时期（1955～1962年）
► 直接数字控制时期（1962～1967年）
► 小型计算机时期（1967～1972年）
► 微型计算机时期（1972年～至今）
软件的发展： 50年代至70年代软件发展缓慢 70年代末至今已采用各种高级语言进行实时控制
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第一章 绪论
1.1 过程计算机控制系统的组成
1.2 过程计算机控制系统的发展概述
1.3 轧制过程计算机控制概述 1.4 过程计算机控制系统的基本类型
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70年代，随着大规模集成电路技术的发展，于1972年生 产出微型计算机，使得过程计算机控制技术进入了一个 崭新的阶段。微型计算机的最大优点是运算速度快、可 靠性高、价格便且和体积小。
微型计算机的出现开创了过程汁算机控制的新时代，即从 传统的集中控制系统革新为分散控制系统DCS。世界上 几个主要的计算机和仪表制造厂于1975年几乎同时生产 出分散控制系统。例如，美国Honeywell公司的 TDC5—2000，日本横河公司的CENTUM等。