淺談計算機在自動控制中的應(yīng)用

侯光鑫

摘要：計算機自動控制目前在我國諸多行業(yè)都得到了普遍的應(yīng)用，與我們的生活密不可分，為我國的經(jīng)濟發(fā)展提供必要的技術(shù)保障。如何做好計算機自動控制系統(tǒng)，使其在我國的各行業(yè)中發(fā)揮更大的功效，成為我們目前越來越重視的課題。

關(guān)鍵詞：計算機 自動控制 自動化

1.計算機自動控制概述

計算機自動控制一般的機器是由人控制的，人給機器一個指令，機器就完，成一個操作。計算機的操作也是受人控制的，但由于計算機具有內(nèi)部存儲能力，可以將指令事先輸入到計算機存儲起來，在計算機開始工作以后，從存儲單元中依次去取指令，用來控制計算機的操作，從而使人們可以不必干預(yù)計算機的工作，實現(xiàn)操作的自動化。

2.計算機控制的系統(tǒng)特點和分類

2.1計算機控制的系統(tǒng)特點

自動控制對于我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著越來越重要的地位。不僅在宇航導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)中、核技術(shù)以及火器控制等軍事方面有著緊密的聯(lián)系，逐漸已經(jīng)密不可分，在金屬冶煉、儀器制造和一般工業(yè)生產(chǎn)方面都有著相關(guān)的影響，為實現(xiàn)工業(yè)的自動化控制、改善勞動條件、提供經(jīng)濟建設(shè)等方面都貢獻(xiàn)著自身價值。計算機本身有著較大的存儲功能，較強的邏輯判斷能力及較快的運算速度，計算機控制可以幫助自動控制中實際的困難，解決相關(guān)的問題瓶頸，可以提升自動控制的性能指標(biāo)。

2.2計算機控制的系統(tǒng)分類

計算機的自動化控制主要可以分為以下幾類：①數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)本身沒有可控性，但是一個控制系統(tǒng)離不開數(shù)據(jù)的采集和處理，計算機的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對生產(chǎn)過程大量參數(shù)的幾類和實時分析，以達(dá)到對生產(chǎn)過程各種趨勢分析。②監(jiān)督控制。監(jiān)督控制中計算機根據(jù)生產(chǎn)過程工藝參數(shù)和數(shù)學(xué)模型給出工藝參數(shù)的最佳值，作為模擬調(diào)節(jié)器或數(shù)字調(diào)節(jié)器的比例中項定值，監(jiān)督控制系統(tǒng)分級控制計算機。

3.計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型

3.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在這種應(yīng)用中，計算機只承擔(dān)數(shù)據(jù)的采集跟處理工作，而不直接參與控制。它對生產(chǎn)過程各種工藝變量進(jìn)行巡回檢測、處理、記錄及變量的超限報警，同時對這些變量進(jìn)行累計分析和實時分析，得出各種趨勢分析，為操作人員提供參考。

3.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)

計算機根據(jù)控制規(guī)律進(jìn)行運算，然后將結(jié)果經(jīng)過過程輸出通道，作用到被控對象，從而使被控變量符合要求的性能指標(biāo)。與模擬系統(tǒng)不同之處在于，在模擬系統(tǒng)中，信號的傳送不需要數(shù)字化；而數(shù)字系統(tǒng)必須先進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出控制信號也必須進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后才能驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。因為計算機有較強的計算能力，所以控制算法的改變很方便。

由于計算機直接承擔(dān)控制任務(wù)，所以要求實時性要好、可靠性高和適應(yīng)性強。

3.3監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)

這個系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)過程的工況和已定的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行優(yōu)化分析計算，產(chǎn)生最優(yōu)化設(shè)定值，送給直接數(shù)字控制系統(tǒng)執(zhí)行。監(jiān)督計算機系統(tǒng)承擔(dān)著高級控制與管理任務(wù)，要求數(shù)據(jù)處理功能強，存儲容量大等，一般采用較高檔微機。

3.4分級控制系統(tǒng)

DCS是分散控制系統(tǒng)的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機、通訊、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。

3.5現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

也就是FCS，是新一代分布式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)改進(jìn)了DCS系統(tǒng)成本高，各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成不能互聯(lián)的弱點。近年來，由于現(xiàn)場總線的發(fā)展，智能傳感器跟執(zhí)行器也向數(shù)字化方向發(fā)展，用數(shù)字信號取代4-20mA模擬信號，為現(xiàn)場總線的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)場總線是連接工業(yè)現(xiàn)場儀表和控制裝置之間的全數(shù)字化、雙向、多站點的串行通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線被稱為21世紀(jì)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

4.計算機自動控制工作原理

自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。它的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制，二戰(zhàn)期間為了設(shè)計和制造飛機及船用自動駕駛儀，火炮定位系統(tǒng)，雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)以及其他基于反饋原理的軍用設(shè)備，進(jìn)一步促進(jìn)并完善了自動控制理論的發(fā)展。到戰(zhàn)后，以形成完整的自動控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入—單輸出，線形定常數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。

4.1自動控制系統(tǒng)

為了實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機的總體，這就是自動控制系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，例如溫度，壓力或飛行航跡等；而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進(jìn)行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統(tǒng)。

4.2 反饋控制系統(tǒng)

在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控裝置施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量和控制量之間的偏差從而實現(xiàn)對被控量進(jìn)行控制的任務(wù)，這就是反饋控制的原理。下面是一個標(biāo)準(zhǔn)的反饋模型：

公式：X（n+1）=Xn+（A/Xn^2-Xn）1/3設(shè)A=5，開3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}

這種方法可以自動調(diào)節(jié)，第一步與第三步取值偏大，但是計算出來以后輸出值會自動轉(zhuǎn)小；第二步，第四步輸入值偏小，輸出值自動轉(zhuǎn)大。X4=1.7099。

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，計算機應(yīng)用在我國各個行業(yè)得到較快的普及，自動控制系統(tǒng)目前已經(jīng)普及到各個行業(yè)及領(lǐng)域。為我國的經(jīng)濟發(fā)展提供必要的技術(shù)支持，通過本文的理論研究可以為今后實際操作提供必要的支持與研究素材。

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