計算機自動控制系統及其應用探析

張志東

摘 要 文章主要對計算機控制系統的過程進行分析，闡述了該系統的組成及相關特點，分析數據采集系統、直接數字控制系統、監督計算機控制系統、分級控制系統DES和現場總線控制系統FCS的優缺點，以典型例子來說明相關控制原理。

關鍵詞 自動控制；控制系統；應用分類

中圖分類號：TP249 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0117-01

計算機自動控制系統是將自動控制技術與計算機技術有機的結合后發展而成的。傳統的控制理論面對較為繁雜的控制系統和計算步驟而出現無法解決的情況，存在著一定的局限性，也無法達到控制系統所需的運行要求。隨著控制理論的不斷發展，在設計、分析以及綜合方面，自動控制的理論基礎都在不斷完善，而在計算機技術的輔助下發展更為快速，兩者的高效結合更是出現了一個高效的平臺，加速了該系統的發展速度。

1 計算機控制系統的控制過程分析

分析典型連續控制系統結構可以發現，其構成主要包含以下幾個方面：控制器、給定值、反饋值、檢測裝置、被控對象、執行器以及被控參數等，該系統運行時通過比較器來對給定值與反饋值進行對比分析，在控制器的作用下對計算得到的偏差進行調整，執行結構在該控制信號的驅動下運行，從而實現了對被控參數數值的有效控制，保證其處于預期范圍內。計算機自動控制系統就是對連續控制系統中的比較器和控制器以計算機替換，保證完成同樣功能和作用的基礎上使得系統更加智能。計算機自動控制系統的輸入輸出信號需要進行模擬信號和數字信號之間的相互轉換。

計算機控制系統的控制過程可以分為兩個部分，即檢測被控參數的數據采集處理過程和對控制器進行控制信號的發送的實時控制的過程，該控制信號是通過既定控制規律進行計算而得出的控制量。該過程會不斷重復發生。系統根據預先設定的要求對監控過程中如果發生異常情況，可進行更正。

2 計算機控制系統的組成和特點

在該系統中，被控對象與計算機之間的數據傳輸與交換是通過過程輸入/輸出通道完成，輸入通道是將被控參數轉變為數字代碼，輸出通道則相反，將計算機的相關數據和控制命令轉變為控制信號對被控對象進行控制。過程輸入/輸出通道包含有模擬量的輸入輸出和開關量的輸入輸出。外界信息與計算機之間的交流是通過外部設備實現，操作臺則是實現人機對話的設備。軟件主要是為實現計算機控制系統的各種功能。

相對于連續控制系統，計算機控制系統混合有數字信號和模擬信號，這樣的方式更方便實現復雜控制。在連續控制系統時，修改控制規律必須進行模擬電路的修改，對結構改變較大，而計算機控制則只需要對相關程序進行修改。計算機控制系統不再是連續控制而是離散控制，一個數字控制器就能實現分時控制而進行多個控制。計算機控制系統能更為有效的實現一體化管理。

3 計算機控制系統的應用類型分類

計算機控制系統主要分為數據采集系統、直接數字控制系統、監督計算機控制系統、分級控制系統DES和現場總線控制系統FCS。

在數據采集系統中，計算機負責采集和處理數據，而直接控制。其作用主要是在生產過程中檢測、記錄和處理各個工藝變量，超出情況報警提示，對于此類變量還可實現實時分析和累計分析，分析出趨勢來給予操作者參考。

在直接數字控制系統中，計算機將按照控制規律運算得到的結果輸送到被控對象，調整被控變量以符合相關指標要求。相對于模擬系統的直接傳送，該系統的控制信號需要經數模轉換后輸出才能作用于驅動裝置。鑒于計算機的強大計算能力，很方便實現控制算法的改變。計算機進行的控制需要較高的適應性、實時性以及可靠性。

監督計算機控制系統中通過對比既定的數學模型與實際工況來進行優化計算，獲得最佳優化值通過數字控制系統來執行。該系統主要任務是高級管理和控制，多采用較高檔的計算機以適應大容量和強處理功能的要求。

DES在國內多稱為集散控制系統，其為多級計算機系統，以通信網絡連接過程監控級和過程控制級，特點是組態方便、配置靈活，可實現分散控制、分級管理和集中操作。FCS是改進DCS系統的標準不統一和過高的系統成本而出現的新型分布式控制系統。隨著現場總線技術的不斷提升，執行器、傳感器都逐步向數字化演變，4 mA～20 mA模擬信號逐步被數字信號代替，現場總線為串行通信網絡，為雙線、全數字化的多站點網絡，連接了控制設備與現場儀表。

4 計算機自動控制的原理分析

在自動控制誕生初，其調節主要是在反饋理論上實現的自動操作，多用于工業控制，隨著后期制造業的發展，自動控制理論也得到了進一步的完善，直到完整的自動控制理論體系建立，其控制理論是在傳遞函數的基礎上得到，主要對線性定常數系統、單輸入-單輸出等問題進行設計和分析。

1）自動控制系統。在自動控制系統中，要實現各類控制就必須先連接控制裝置和控制對象，以一定的方式來形成有機整體。該系統中，被控梁為被控對象的輸出量，必須為控制的物理量，可設定為固定值，如壓力和溫度等。控制裝置是一個機構總體，能在不同方式、原理上控制被控對象，最基本的是在反饋控制原理下的反饋控制系統。

2）反饋控制系統。在該系統中，被控裝置是在控制裝置的控制下獲取反饋信息，對控制量和被控制量之間的偏差進行修正，以到達控制的目的，這也是反饋控制的基本原理。以下為某典型的反饋模型：

該模型的公式為：

設定A值為5，開3次方

通過此方法就能實現自動調節，在中出現偏大取值，通過計算后的輸出值會自動調整變小，而中偏小的取值在計算后自動調整而變大。

在科技不斷發展的推動下，計算機在自動控制系統中的應用變得更加高效實用，自動控制也發展到了各個行業領域。同時，還需要從業人員共同努力，將自動控制超低成本、高智能方向發展，保證工業產品的質量。

參考文獻

[1]孫歆鈺.Matlab仿真在自動控制原理課程教學中的應用[J].信息通信，2013（8）.

[2]馬志艷，楊光友，潘武，李浩.基于組態王的中頻淬火處理實驗控制系統[J].湖北工業大學學報，2013（5）.

[3]姜建軍，劉利波，王啟健，于曉剛.自動控制系統在礦井排水中的應用[J].中國設備工程，2013（9）.endprint

摘 要 文章主要對計算機控制系統的過程進行分析，闡述了該系統的組成及相關特點，分析數據采集系統、直接數字控制系統、監督計算機控制系統、分級控制系統DES和現場總線控制系統FCS的優缺點，以典型例子來說明相關控制原理。

關鍵詞 自動控制；控制系統；應用分類

中圖分類號：TP249 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0117-01

計算機自動控制系統是將自動控制技術與計算機技術有機的結合后發展而成的。傳統的控制理論面對較為繁雜的控制系統和計算步驟而出現無法解決的情況，存在著一定的局限性，也無法達到控制系統所需的運行要求。隨著控制理論的不斷發展，在設計、分析以及綜合方面，自動控制的理論基礎都在不斷完善，而在計算機技術的輔助下發展更為快速，兩者的高效結合更是出現了一個高效的平臺，加速了該系統的發展速度。

1 計算機控制系統的控制過程分析

分析典型連續控制系統結構可以發現，其構成主要包含以下幾個方面：控制器、給定值、反饋值、檢測裝置、被控對象、執行器以及被控參數等，該系統運行時通過比較器來對給定值與反饋值進行對比分析，在控制器的作用下對計算得到的偏差進行調整，執行結構在該控制信號的驅動下運行，從而實現了對被控參數數值的有效控制，保證其處于預期范圍內。計算機自動控制系統就是對連續控制系統中的比較器和控制器以計算機替換，保證完成同樣功能和作用的基礎上使得系統更加智能。計算機自動控制系統的輸入輸出信號需要進行模擬信號和數字信號之間的相互轉換。

計算機控制系統的控制過程可以分為兩個部分，即檢測被控參數的數據采集處理過程和對控制器進行控制信號的發送的實時控制的過程，該控制信號是通過既定控制規律進行計算而得出的控制量。該過程會不斷重復發生。系統根據預先設定的要求對監控過程中如果發生異常情況，可進行更正。

2 計算機控制系統的組成和特點

在該系統中，被控對象與計算機之間的數據傳輸與交換是通過過程輸入/輸出通道完成，輸入通道是將被控參數轉變為數字代碼，輸出通道則相反，將計算機的相關數據和控制命令轉變為控制信號對被控對象進行控制。過程輸入/輸出通道包含有模擬量的輸入輸出和開關量的輸入輸出。外界信息與計算機之間的交流是通過外部設備實現，操作臺則是實現人機對話的設備。軟件主要是為實現計算機控制系統的各種功能。

相對于連續控制系統，計算機控制系統混合有數字信號和模擬信號，這樣的方式更方便實現復雜控制。在連續控制系統時，修改控制規律必須進行模擬電路的修改，對結構改變較大，而計算機控制則只需要對相關程序進行修改。計算機控制系統不再是連續控制而是離散控制，一個數字控制器就能實現分時控制而進行多個控制。計算機控制系統能更為有效的實現一體化管理。

3 計算機控制系統的應用類型分類

計算機控制系統主要分為數據采集系統、直接數字控制系統、監督計算機控制系統、分級控制系統DES和現場總線控制系統FCS。

在數據采集系統中，計算機負責采集和處理數據，而直接控制。其作用主要是在生產過程中檢測、記錄和處理各個工藝變量，超出情況報警提示，對于此類變量還可實現實時分析和累計分析，分析出趨勢來給予操作者參考。

在直接數字控制系統中，計算機將按照控制規律運算得到的結果輸送到被控對象，調整被控變量以符合相關指標要求。相對于模擬系統的直接傳送，該系統的控制信號需要經數模轉換后輸出才能作用于驅動裝置。鑒于計算機的強大計算能力，很方便實現控制算法的改變。計算機進行的控制需要較高的適應性、實時性以及可靠性。

監督計算機控制系統中通過對比既定的數學模型與實際工況來進行優化計算，獲得最佳優化值通過數字控制系統來執行。該系統主要任務是高級管理和控制，多采用較高檔的計算機以適應大容量和強處理功能的要求。

DES在國內多稱為集散控制系統，其為多級計算機系統，以通信網絡連接過程監控級和過程控制級，特點是組態方便、配置靈活，可實現分散控制、分級管理和集中操作。FCS是改進DCS系統的標準不統一和過高的系統成本而出現的新型分布式控制系統。隨著現場總線技術的不斷提升，執行器、傳感器都逐步向數字化演變，4 mA～20 mA模擬信號逐步被數字信號代替，現場總線為串行通信網絡，為雙線、全數字化的多站點網絡，連接了控制設備與現場儀表。

4 計算機自動控制的原理分析

在自動控制誕生初，其調節主要是在反饋理論上實現的自動操作，多用于工業控制，隨著后期制造業的發展，自動控制理論也得到了進一步的完善，直到完整的自動控制理論體系建立，其控制理論是在傳遞函數的基礎上得到，主要對線性定常數系統、單輸入-單輸出等問題進行設計和分析。

1）自動控制系統。在自動控制系統中，要實現各類控制就必須先連接控制裝置和控制對象，以一定的方式來形成有機整體。該系統中，被控梁為被控對象的輸出量，必須為控制的物理量，可設定為固定值，如壓力和溫度等。控制裝置是一個機構總體，能在不同方式、原理上控制被控對象，最基本的是在反饋控制原理下的反饋控制系統。

2）反饋控制系統。在該系統中，被控裝置是在控制裝置的控制下獲取反饋信息，對控制量和被控制量之間的偏差進行修正，以到達控制的目的，這也是反饋控制的基本原理。以下為某典型的反饋模型：

該模型的公式為：

設定A值為5，開3次方

通過此方法就能實現自動調節，在中出現偏大取值，通過計算后的輸出值會自動調整變小，而中偏小的取值在計算后自動調整而變大。

在科技不斷發展的推動下，計算機在自動控制系統中的應用變得更加高效實用，自動控制也發展到了各個行業領域。同時，還需要從業人員共同努力，將自動控制超低成本、高智能方向發展，保證工業產品的質量。

參考文獻

[1]孫歆鈺.Matlab仿真在自動控制原理課程教學中的應用[J].信息通信，2013（8）.

[2]馬志艷，楊光友，潘武，李浩.基于組態王的中頻淬火處理實驗控制系統[J].湖北工業大學學報，2013（5）.

[3]姜建軍，劉利波，王啟健，于曉剛.自動控制系統在礦井排水中的應用[J].中國設備工程，2013（9）.endprint

摘 要 文章主要對計算機控制系統的過程進行分析，闡述了該系統的組成及相關特點，分析數據采集系統、直接數字控制系統、監督計算機控制系統、分級控制系統DES和現場總線控制系統FCS的優缺點，以典型例子來說明相關控制原理。

關鍵詞 自動控制；控制系統；應用分類

中圖分類號：TP249 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0117-01

計算機自動控制系統是將自動控制技術與計算機技術有機的結合后發展而成的。傳統的控制理論面對較為繁雜的控制系統和計算步驟而出現無法解決的情況，存在著一定的局限性，也無法達到控制系統所需的運行要求。隨著控制理論的不斷發展，在設計、分析以及綜合方面，自動控制的理論基礎都在不斷完善，而在計算機技術的輔助下發展更為快速，兩者的高效結合更是出現了一個高效的平臺，加速了該系統的發展速度。

1 計算機控制系統的控制過程分析

分析典型連續控制系統結構可以發現，其構成主要包含以下幾個方面：控制器、給定值、反饋值、檢測裝置、被控對象、執行器以及被控參數等，該系統運行時通過比較器來對給定值與反饋值進行對比分析，在控制器的作用下對計算得到的偏差進行調整，執行結構在該控制信號的驅動下運行，從而實現了對被控參數數值的有效控制，保證其處于預期范圍內。計算機自動控制系統就是對連續控制系統中的比較器和控制器以計算機替換，保證完成同樣功能和作用的基礎上使得系統更加智能。計算機自動控制系統的輸入輸出信號需要進行模擬信號和數字信號之間的相互轉換。

計算機控制系統的控制過程可以分為兩個部分，即檢測被控參數的數據采集處理過程和對控制器進行控制信號的發送的實時控制的過程，該控制信號是通過既定控制規律進行計算而得出的控制量。該過程會不斷重復發生。系統根據預先設定的要求對監控過程中如果發生異常情況，可進行更正。

2 計算機控制系統的組成和特點

在該系統中，被控對象與計算機之間的數據傳輸與交換是通過過程輸入/輸出通道完成，輸入通道是將被控參數轉變為數字代碼，輸出通道則相反，將計算機的相關數據和控制命令轉變為控制信號對被控對象進行控制。過程輸入/輸出通道包含有模擬量的輸入輸出和開關量的輸入輸出。外界信息與計算機之間的交流是通過外部設備實現，操作臺則是實現人機對話的設備。軟件主要是為實現計算機控制系統的各種功能。

相對于連續控制系統，計算機控制系統混合有數字信號和模擬信號，這樣的方式更方便實現復雜控制。在連續控制系統時，修改控制規律必須進行模擬電路的修改，對結構改變較大，而計算機控制則只需要對相關程序進行修改。計算機控制系統不再是連續控制而是離散控制，一個數字控制器就能實現分時控制而進行多個控制。計算機控制系統能更為有效的實現一體化管理。

3 計算機控制系統的應用類型分類

計算機控制系統主要分為數據采集系統、直接數字控制系統、監督計算機控制系統、分級控制系統DES和現場總線控制系統FCS。

在數據采集系統中，計算機負責采集和處理數據，而直接控制。其作用主要是在生產過程中檢測、記錄和處理各個工藝變量，超出情況報警提示，對于此類變量還可實現實時分析和累計分析，分析出趨勢來給予操作者參考。

在直接數字控制系統中，計算機將按照控制規律運算得到的結果輸送到被控對象，調整被控變量以符合相關指標要求。相對于模擬系統的直接傳送，該系統的控制信號需要經數模轉換后輸出才能作用于驅動裝置。鑒于計算機的強大計算能力，很方便實現控制算法的改變。計算機進行的控制需要較高的適應性、實時性以及可靠性。

監督計算機控制系統中通過對比既定的數學模型與實際工況來進行優化計算，獲得最佳優化值通過數字控制系統來執行。該系統主要任務是高級管理和控制，多采用較高檔的計算機以適應大容量和強處理功能的要求。

DES在國內多稱為集散控制系統，其為多級計算機系統，以通信網絡連接過程監控級和過程控制級，特點是組態方便、配置靈活，可實現分散控制、分級管理和集中操作。FCS是改進DCS系統的標準不統一和過高的系統成本而出現的新型分布式控制系統。隨著現場總線技術的不斷提升，執行器、傳感器都逐步向數字化演變，4 mA～20 mA模擬信號逐步被數字信號代替，現場總線為串行通信網絡，為雙線、全數字化的多站點網絡，連接了控制設備與現場儀表。

4 計算機自動控制的原理分析

在自動控制誕生初，其調節主要是在反饋理論上實現的自動操作，多用于工業控制，隨著后期制造業的發展，自動控制理論也得到了進一步的完善，直到完整的自動控制理論體系建立，其控制理論是在傳遞函數的基礎上得到，主要對線性定常數系統、單輸入-單輸出等問題進行設計和分析。

1）自動控制系統。在自動控制系統中，要實現各類控制就必須先連接控制裝置和控制對象，以一定的方式來形成有機整體。該系統中，被控梁為被控對象的輸出量，必須為控制的物理量，可設定為固定值，如壓力和溫度等。控制裝置是一個機構總體，能在不同方式、原理上控制被控對象，最基本的是在反饋控制原理下的反饋控制系統。

2）反饋控制系統。在該系統中，被控裝置是在控制裝置的控制下獲取反饋信息，對控制量和被控制量之間的偏差進行修正，以到達控制的目的，這也是反饋控制的基本原理。以下為某典型的反饋模型：

該模型的公式為：

設定A值為5，開3次方

通過此方法就能實現自動調節，在中出現偏大取值，通過計算后的輸出值會自動調整變小，而中偏小的取值在計算后自動調整而變大。

在科技不斷發展的推動下，計算機在自動控制系統中的應用變得更加高效實用，自動控制也發展到了各個行業領域。同時，還需要從業人員共同努力，將自動控制超低成本、高智能方向發展，保證工業產品的質量。

參考文獻

[1]孫歆鈺.Matlab仿真在自動控制原理課程教學中的應用[J].信息通信，2013（8）.

[2]馬志艷，楊光友，潘武，李浩.基于組態王的中頻淬火處理實驗控制系統[J].湖北工業大學學報，2013（5）.

[3]姜建軍，劉利波，王啟健，于曉剛.自動控制系統在礦井排水中的應用[J].中國設備工程，2013（9）.endprint