探究計(jì)算機(jī)在自動(dòng)控制中的應(yīng)用

摘 要：隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，諸多行業(yè)的控制系統(tǒng)已經(jīng)朝向智能化、自動(dòng)化發(fā)展，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用就十分典型。就我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和各大行業(yè)的技術(shù)應(yīng)用狀況來看，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)為其提供了有力的技術(shù)保障。現(xiàn)在，我們的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該放在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用上，并讓其在各行各業(yè)的發(fā)展中有更大的功效發(fā)揮空間。本文結(jié)合筆者多年工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就計(jì)算機(jī)在自動(dòng)控制中的應(yīng)用做出分析探討。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；自動(dòng)控制；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP399

1 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制概念簡述

一般狀況下，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的極其是由技術(shù)人員直接操控的，技術(shù)人員給出指令，操作系統(tǒng)按照指令完成相關(guān)操作，也就是說，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的操作者還是以人為主。所謂自動(dòng)控制是因?yàn)橛?jì)算機(jī)內(nèi)部具備有儲(chǔ)存功能，所以技術(shù)操作人員可以在機(jī)器運(yùn)作前就輸入操作指令，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)記憶存儲(chǔ)，機(jī)器開始運(yùn)作后，計(jì)算機(jī)會(huì)從指令儲(chǔ)存器重一次提取指令，完成操作控制。機(jī)器運(yùn)作期間，技術(shù)人員不需要守在機(jī)器前進(jìn)行指令操作，讓操作自動(dòng)化的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，提高工作效率。

2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用特征

對(duì)于科學(xué)技術(shù)和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步而言，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用起到了不可替代的關(guān)鍵作用，并為勞動(dòng)條件的改善、生產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)利益的提高、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)等工業(yè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供有力條件。計(jì)算機(jī)有著強(qiáng)大的信息儲(chǔ)存能力和邏輯判斷能力，并且運(yùn)算速度方面的表現(xiàn)也十分令人滿意。因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的相互輔助作用如猛虎添翼一般，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用主要有以下優(yōu)勢表現(xiàn)：1.技術(shù)應(yīng)用的成本投資低，效益回收快，經(jīng)濟(jì)收益較大；2.規(guī)律且靈活的控制應(yīng)用，可執(zhí)行多樣化指令，指令修改也十分便利；3.控制與管理的有機(jī)結(jié)合，促使自動(dòng)化程序有進(jìn)一步的提升和發(fā)展。

3 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的應(yīng)用分類

3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用

在自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用的過程中，數(shù)據(jù)信息的采集和處理是計(jì)算機(jī)承擔(dān)工作的主要內(nèi)容，介于受到某些功能的限制，計(jì)算機(jī)不宜直接參與到控制作業(yè)中。生產(chǎn)作業(yè)過程中，各項(xiàng)工藝變量的實(shí)時(shí)監(jiān)測、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的記錄和處理、工藝變量超限警都是依靠計(jì)算機(jī)完成的，在通過對(duì)生產(chǎn)變量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和積累分析后，技術(shù)操作人員可以結(jié)合這些分析數(shù)據(jù)來進(jìn)行調(diào)整，保證工作效率的提高。

3.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用

控制規(guī)律是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)作的基本依據(jù)，在完成數(shù)據(jù)運(yùn)算處理后，計(jì)算結(jié)果將直接通過過程輸出通道作用于被控制對(duì)象的操作系統(tǒng)上，這樣一來，被控制量就能夠滿足系統(tǒng)要求的性能指標(biāo)要求。相比于模擬系統(tǒng)而言，直接數(shù)字控制系統(tǒng)的應(yīng)用過程中需要將控制信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，并且控制信號(hào)輸出時(shí)也要完成數(shù)模轉(zhuǎn)換后執(zhí)行機(jī)構(gòu)才能正常運(yùn)作驅(qū)動(dòng)。但由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算能力較強(qiáng)，因此控制算法之間的轉(zhuǎn)換十分便利。

3.3 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用

生產(chǎn)作業(yè)過程中的工作狀況和既定的數(shù)學(xué)模型是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)作的基本依據(jù)，在經(jīng)過分析優(yōu)化計(jì)算后，將程序設(shè)定值最優(yōu)化處理，再交由數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行處理。管理任務(wù)和高級(jí)控制是監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容，要想這一工作能夠滿足信息儲(chǔ)存空間大、數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)的要求的話，選用微機(jī)的檔次可以適當(dāng)提高。

3.4 分級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

分散控制系統(tǒng)又被簡稱為DCS，計(jì)算控制系統(tǒng)是我國對(duì)此應(yīng)用系統(tǒng)的習(xí)慣性稱呼。過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)是該控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成，以上兩種控制級(jí)通過通信網(wǎng)絡(luò)這一樞紐構(gòu)建形成多級(jí)算計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，集合了許多包括計(jì)算機(jī)、顯示、控制以及通訊等在內(nèi)的多種4C技術(shù)，期望達(dá)成分級(jí)管理、分散控制、集中操作、組態(tài)靈活、配置便利的控制預(yù)期。

3.5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)應(yīng)用

這一控制系統(tǒng)又被稱之為FCS系統(tǒng)，屬于新一代的分布式控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)在DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改建，克服了投資成本較高、不同廠商產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成不可互聯(lián)等工作問題。結(jié)合近些年的應(yīng)用發(fā)展來看，只能傳感器和執(zhí)行裝置隨著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展也逐漸轉(zhuǎn)向數(shù)字化發(fā)展，4—20mA模擬信號(hào)被數(shù)字信號(hào)所取代，進(jìn)一步為現(xiàn)場總線控制技術(shù)的應(yīng)用提供了可靠的工作環(huán)境。工業(yè)現(xiàn)場儀表與相關(guān)控制設(shè)備雙向、數(shù)字化、多站點(diǎn)的串行通訊網(wǎng)絡(luò)是通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)布置才能夠?qū)崿F(xiàn)連接的，因此，這一控制系統(tǒng)應(yīng)用在21世紀(jì)被奉為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的最佳標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

4.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行

控制系統(tǒng)和控制對(duì)象遵循一定的原理進(jìn)行連接是實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的第一步，連接形成的有機(jī)整體被即為自動(dòng)控制系統(tǒng)。控制對(duì)象輸出信息量是該系統(tǒng)正常運(yùn)作過程中一種需要遵照嚴(yán)格要求加以控制的物理量，像壓力、溫度及飛行航跡等控制量可以維持在某一恒定值內(nèi)。作為控制量的作用主體，控制裝置對(duì)控制量進(jìn)行控制時(shí)需要綜合多種技術(shù)原理和控制方法，最為常用的控制系統(tǒng)原理和方法的應(yīng)用分別是反饋控制原理和反饋控制系統(tǒng)應(yīng)用。

4.2 反饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用

被控量的反饋信息在對(duì)控制量和被控量的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程是控制裝置作用于被控裝置時(shí)所發(fā)生的控制作用正常發(fā)揮的基礎(chǔ)，只有這樣才能完成對(duì)被控量進(jìn)行控制的任務(wù)作業(yè)。下面筆者將引用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)反饋模型來加以說明：

公式：X（n+1）=Xn+（A/Xn^2-Xn）1/3設(shè)A數(shù)值大小為5，開三次方

第一步：X1={2.0+[5/（2.0^2-2.0）]1/3=1.7}

第二步：X2={1.7+[5/（1.7^2-1.7）]1/3=1.71}

第三步：X3={1.71+[5/（1.71^2-1.71）1/3]=1.709}

第四步：X4={1.709+[5/（1.709^2-1.709）]1/3=1.7099}

上述控制方法具備自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用，雖然第一、三步控制數(shù)據(jù)量取值稍有偏大，但是在計(jì)算完成后的輸出過程中，數(shù)值會(huì)自動(dòng)調(diào)整到正常取值范圍內(nèi)；同理，第二、四步的輸入數(shù)據(jù)量變小，但經(jīng)過反饋系統(tǒng)控制作用后，輸出值將會(huì)自動(dòng)調(diào)整到正常取值范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

綜上所述，伴隨著我國市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為了各大行業(yè)發(fā)展進(jìn)步過程中不可缺少的一項(xiàng)技術(shù)依托，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展也已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)內(nèi)有所普及，本文結(jié)合筆者工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將這兩項(xiàng)現(xiàn)代行業(yè)發(fā)展的重要工具進(jìn)行了聯(lián)合，為今后各行各業(yè)相關(guān)技術(shù)人員的實(shí)際操作提供了理論依據(jù)。筆者堅(jiān)信，通過我們的不懈努力，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用將會(huì)成為經(jīng)濟(jì)市場發(fā)展的有力依靠。

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作者簡介：賈菊紅（1979-），女，陜西澄城縣人，講師，學(xué)士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

作者單位：陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西漢中 723102