計算機自動控制系統(tǒng)及應用探析

楊旺

摘 要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，科學技術(shù)得到較大的進步，計算機技術(shù)得到廣泛的應用，在此基礎上，計算機技術(shù)自動控制系統(tǒng)也得以不斷完善，其服務質(zhì)量也不斷的提升。該文從計算機自動控制系統(tǒng)入手，對計算機控制系統(tǒng)的控制過程進行了分析，并進一步對計算機系統(tǒng)的組成、特點、類型及應用要點進行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：計算機 自動控制系統(tǒng) 概念 應用

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0045-01

1 計算機自動控制系統(tǒng)

計算機自動控制系統(tǒng)是將計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展基礎上，將兩者有效的結(jié)合在一起，并在多個領域內(nèi)進行有效的運用，而且其發(fā)展越發(fā)的成熟，所取得的成果也更為顯著。由于在傳統(tǒng)控制理論中，其計算步驟和控制系統(tǒng)較為復雜，其理論知識在實際落實中具有較大的難度，對控制系統(tǒng)潛在的運行需求不能更好的滿足。近年來，控制理論的不斷發(fā)展，通過對自動控制系統(tǒng)的分析、設計和綜合等方面提供了充足的理論基礎，再加之計算機技術(shù)的快速發(fā)展，為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展提供了一個良好的平臺，這對于現(xiàn)代自動控制技術(shù)的發(fā)展起到了極為重要的作用。

在典型連續(xù)控制系統(tǒng)中，通常其結(jié)構(gòu)因素有給定值、控制器、執(zhí)行器、被控對象、被控參靈敏、檢測裝置及反饋值等，其系統(tǒng)內(nèi)的信號都以連續(xù)信號為主，而且對于反饋值和定值的比較也是通過比較器來進行的，對于計算中可能出現(xiàn)的偏差則由控制器為進行調(diào)節(jié)。這樣利用控制信號來對驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進行控制，從而將被控參數(shù)數(shù)值有效的控制在預期范圍內(nèi)。而當控制器和比較器利用計算機來代替時，即不會對其作用進行改變，而且功能也照常發(fā)揮，但這樣一來就形成了一個典型的計算機自動控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，信號是以數(shù)字信號的形式存在的，被控參數(shù)以模擬量為主，而執(zhí)行器的輸入信號也是模擬信號，基于此中原因就需要一個轉(zhuǎn)換器A/D，可以進行數(shù)字信號和模擬信號之間的相互轉(zhuǎn)換。

2 計算機控制系統(tǒng)的控制過程

計算機控制系統(tǒng)的控制過程分為兩個部分，即：數(shù)據(jù)采集處理和實時控制，所謂數(shù)據(jù)采集處理是指通過被控對象的被控參數(shù)及時進行檢測，并將其輸入到計算機中進行處理的過程。而實時控制是通過已經(jīng)設計好的控制規(guī)律來對控制量進行，并能夠及時對控制信號發(fā)送至控制器。所以對于計算機自動控制系統(tǒng)來講，其控制過程需要確保其實效性和實時性，在設計允許范圍內(nèi)對信號輸入、計算和輸出時間進行控制，而且在計算機自動控制下對使其控制程序不斷的重復，使系統(tǒng)能夠達到預先設計的品質(zhì)要求，通過在工作中對異常狀態(tài)進行實時監(jiān)測，從而能夠及時對其進行正常處理，確保被控參數(shù)和設備的正常運行。

3 計算機控制系統(tǒng)的組成及特點

硬件和軟件兩部分共同組成了計算機的控制系統(tǒng)，它包括過程輸入/輸出通道、計算機、操作臺、外部設備、系統(tǒng)軟件及應用軟件等。通過計算機接口來進行命令的發(fā)部，同時實時檢測和處理被控對象參數(shù)，在計算機和被控對象之間設置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道作為過程輸入/輸出通道。通過過程輸入通道可以將被控對象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換為可以利用計算機來進行控制的數(shù)字代碼。而通過過程輸出通道，則將輸出的控制命令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成控制信號。過程輸入/輸出通道一般分為：模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、開關(guān)量輸入通道、開關(guān)量輸出通道；外部設備是用來實現(xiàn)計算機和外界交換信息的設備。軟件是指能夠完成各種功能的計算機控制系統(tǒng)的程序系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)雖然都是作為控制系統(tǒng)，但卻具有各自的特點，在連續(xù)控制系統(tǒng)中其信號都是以模擬信號為主，其控制規(guī)律是由模擬電路實現(xiàn)的，而且模擬電路隨著控制規(guī)律的復雜性而變得越多，如果需要對控制規(guī)律進行修改，則需要將原有的電路結(jié)構(gòu)進行改變。而在計算機控制系統(tǒng)則以模擬信號和數(shù)字信號為主，對于需要進行控制規(guī)律修改時，則只需要對其相應的程序進行修改即可。

4 計算機控制系統(tǒng)類型及應用要點把握

4.1 操作指導控制系統(tǒng)

操作指導控制其在結(jié)構(gòu)上屬于開環(huán)控制，由于其結(jié)構(gòu)較為簡單，而且能夠?qū)崿F(xiàn)靈活控制，具有較好的安全性和可靠性，但該系統(tǒng)的運行需要由人工進行操作，這樣的話，速度將會受到必然的限制，所以將會不適應快速過程控制及過個對象控制的情況。在該系統(tǒng)中，被控對象并不由計算機的輸出進行直接控制，只是計算機在每隔一段時間內(nèi)則會對數(shù)據(jù)進行一次采集，而且經(jīng)由轉(zhuǎn)換器后由計算機對基進行計算和處理，然后進行報警、打印和顯示。由其所顯現(xiàn)出來的結(jié)果為依據(jù)，操作人員對調(diào)節(jié)器的給定值進行改變或是對操作執(zhí)行機構(gòu)進行直接操作。

4.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)

近年來，由于計算機廣泛應用于工業(yè)過程控制中，而直接數(shù)字控制系統(tǒng)也可稱DDC系統(tǒng)，這是最為普遍的一種模式。計算機通過巡回檢測一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，隨之將檢測數(shù)據(jù)通過輸入通道送入計算機，計算機再根據(jù)設定的控制規(guī)律進行相關(guān)運算，最后發(fā)出控制信號對執(zhí)行機構(gòu)進行直接控制，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達到預定的要求。在DDC系統(tǒng)中的計算機參與閉環(huán)控制過程，它不僅能取代模擬調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)多回路的PID（比例、積分、微分）調(diào)節(jié)，而且只通過改變程序就能有效地實現(xiàn)較復雜的控制。

4.3 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)又叫SCC系統(tǒng)。在SCC系統(tǒng)中， 計算機按著描述工作過程的數(shù)學模型，計算出最佳給定值送入模擬調(diào)節(jié)器或者DDC 計算機，最后由模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計算機控制工作過程，從而使工作過程始終處于最佳工作狀態(tài)。

4.4 分級計算機控制系統(tǒng)

其主要是由微處理器和實現(xiàn)對計算機各部分任務進行控制的計算機控制系統(tǒng)所組成，利用該系統(tǒng)，可以將任務進行分散，不同的任務利用不同的計算機來進行分別執(zhí)行，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)控制，而且可以更好的實現(xiàn)管理任務。而且分級計算機控制系統(tǒng)屬于四級系統(tǒng)，每一級的計算機都承擔著各自不同的任務。裝置控制級通過對工作過程中和單機進行控制，部門都督級對所獲得的工作數(shù)據(jù)進行優(yōu)化控制，管理集中控制級通過對人員及部門的協(xié)調(diào)和協(xié)配，向上級及時反映裝置控制級及部門都督級的情況；而長期發(fā)展規(guī)劃及各種計劃的制定則由經(jīng)營管理級來完成，同時其通過接收的各部數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對對全局的總調(diào)度。

5 結(jié)語

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，計算機技術(shù)得以更好的普及，而且控制器無論是類型、性能還是價格都呈多樣化發(fā)展，這就為自動控制系統(tǒng)中計算機的應用提供了一個良好的平臺，這就需要加強計算機自動控制系統(tǒng)知識的學習，確保相關(guān)技術(shù)人員能夠在實踐工作中實現(xiàn)更好的控制效果。

參考文獻

[1] 張曉元.現(xiàn)代計算機控制系統(tǒng)及其應用探討[J].廣東科技，2007（15）：191-192.

[2] 李世靜.計算機在工業(yè)電器自動控制系統(tǒng)中的應用[J].民營科技，2008（11）：32.

[3] 龔玉棟，劉新泉，姚懷柱，等.臺泵站計算機自動控制系統(tǒng)設計.水電自動化與大壩監(jiān)測，2007（4）：77-79.