《计算机控制技术》期末课程综述

HEFEI UNIVERSITY

计算机控制技术课程综述

系别电子信息与电气工程系

专业

班级

姓名

学号

授课老师丁健

完成时间2012年6月

《计算机控制技术》课程综述

摘要：随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展。然而，设计一个性能好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，一个完整的控制系统还需要考虑系统的抗干扰性能，系统的抗干扰性能力是关系到整个系统可靠运行的关键，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，他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”是我国高等学校各类自动化、电子与电气工程、计算机应用、机电一体化等专业的主干专业课程。本课程主要介绍了计算机的硬件设计技术、数字控制技术、常规及复杂的控制技术、现代控制技术、先进控制技术、分布式测控网络技术和计算机控制系统的设计实现等知识。

关键词：计算机控制技术、系统、应用

正文：

一、计算机控制系统

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。

1、计算机控制系统的特点

(1) 系统控制功能强，通过强大的数字、逻辑计算能力实现复杂运算通过通讯实现大规模系统的控制通过数据存储实现人工智能

(2) 硬件和软件的通用型强，便于系统的开发和修改

(3) 人机对话功能强，界面友好

(4) 集成度高，性价比好

图1.计算机控制系统

2、计算机控制系统的分类

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。

与一般控制系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。它也可以是开环的，这有两种方式：一种是计算机只按时间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指导信息，然后由人工去影响被控对象。

计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。

二、计算机控制系统的典型应用方式

计算机控制系统所采用的形式与它所控制的生产过程的复杂程度密切相关，不同的被控对象和不同的要求，应有不同的控制方案。计算机控制系统大致可分为以下几种典型的形式。它们是：操作指导控制系统；直接数字控制系统（DDC），DDC系统属于计算机闭环控制系统，是计算机工业生产过程中最普遍的一种应用方式；监督控制系统（SCC）；分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统。

1、操作指导控制系统

操作指导控制系统机构简单，控制灵活安全，但由于要人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。

2、直接数字控制系统（DDC）

DDC系统是面向生产过程的底层应用功能。计算机通过自动化仪表、输入通道、输出通道，采集现场参数，经过处理和按一定控制规律的控制算法运算后，向生产过程输出控制信号，直接参与对过程参DAS系统的监视功能。控制方案由软件实现，修改灵活、方便，除能实现PID控制规律外，还能实现多回路的串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解耦控制及自适应、自学习、最优控制和智能控制等复杂控制规律的控制。DDC系统一个是闭环控制系统。

3、监督控制系统（SCC）

SCC系统是一个分机的控制系统。上级的监督计算机从生产过程采集反映工况的参数，进行寻优计算，计算出当时工况下的最佳给定值，提供给下级执行DDC控制的计算机实现对过程的控制。可实现生产过程的最优控制，使控制的目标值达到最佳。SCC可以提高系统的可靠性，当上位机出现故障时，DDC计算机可以独立完成控制操作；当DDC计算机出现故障时监督控制计算机可以取而代之，执行控制任务。SCC是闭环控制系统。

4、分散控制系统（DCS）

DCS是将计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术（即所谓“四C”技术）结合起来的新型计算机控制系统。它通过数据高速公路（或计算机网络）将分散在不同地方，执行不同功能的计算机连接起来，按照信息共享，分散控制，集中管理，总体配置，各司其职的原则，构成的高性能，高可靠性的计算机控制系统。DCS系统安全，可靠，便于维护、扩展。是一个闭环控制系统，它兼有以上几种系统的功能。

5、现场总线控制系统（FCS）

现场总线控制系统（FCS）是实现将自动化系统现场控制装置与现场智能仪表互连的实时网络控制系统。现场总线是连接工业工程现场仪表和控制系统之间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络，与控制系统和现场仪表联用组成现场总线控制系统。现场总线不单单是一种通信技术，也不仅仅是用数字仪表代替模拟仪表，它是用新一代的现场FCS代替传统的分散型控制系统DCS，实现现场总线通信网络与控制系统的集成。

三、工业控制机

1、工业控制机的特点

（1）安全可靠

工业控制计算机不同于一般用于科学计算或管理的计算机，它的工作环

境比较恶劣，周围的各种干扰随时地威胁着它的正常运行，而且它所担当的

控制重任又不允许它发生异常现象。因此在设计过程中把安全可靠放在首位。（2）作维护方便

操作方便体现在操作简单、直观形象、便于掌握，并不要求操作工要掌握计算机知识才能操作。既要体现操作的先进性，又要兼顾原有得操作习惯。维修方便体现在易于查找故障，易于排除故障。采用标准的功能没，模板式结构，便于更换故障模板。并在功能模板上安装状态指示灯和监测点，便于维修人员检查。另外配制诊断程序用来查找故障。

（3）时性强

工业控制机的实时性表现在对内部和外部事件能及时的响应，并做出响

应的处理，不丢失信息，不延误操作。计算机处理的事件一般分为两类，一

类是定时事件，如数椐的定时采集、运算控制等；另一类是随机事件，如事故、报警等。对于定时事件，系统设置时钟保证定时处理。对于随机事件系

统设置中断，并根据故障的轻重缓急，预先分配中断级别，一旦事故发生保

证优先处理紧急故障。

（4）通用性好

工业控制计算机的通用灵活性体现在两个方面，一是硬件模板设计采用

标准总线结构，配置各种通用的功能模板，以便在扩充功能时只需增加功能

摸板就能实现；二是软件模块或控制算法采用标准模块结构，用户使用时不

需要二次开发，只需按要求选择各功能模块，灵活地进行控制系统组态。

（5）经济效益高

计算机控制应该带来高的经济效益，系统设计时要考虑性能价格比，要有市场竞争意识。经济效益表现两个方面，一是系统设计的性能价格比要尽可能高；二是投入产出比要尽可能的低。

2、典型工业控制机介绍

（1）STD总线工业控制机

STD总线最早是由美国的Pro-log公司在1978年推出的，是目前国际上工业