计算机控制系统的发展趋势.doc

计算机控制系统的发展趋势

9
2020年4月19日
文档仅供参考，不当之处，请联系改正。
计算机控制系统的发展趋势
1、计算机控制系统
计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。若将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控制系统。【1】计算机控制系统包括硬件组成和软件组成。在计算机控制系统中，于数字计算机工作特点，为了使计算机接收系统的模拟信号，并能根据要求输出连续的模拟信号，因此，计算机系统中还应该包括A／D转换器和D／A转换器。【3】
2、工作原理
计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个过程：【1】
(一) 实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(二) 实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(三) 实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
3、计算机控制系统的发展状况：【2】
在60 年代,控制领域中就引入了计算机。当时计算机是控制调节器的设定点, 具体的控制则由电子调节器来执行, 这种系统称为计算机监控系统。在60 年代末期出现了用一台计算机直接控制一个机组或一个车间的控制系统,简称集中控制系统。这种控制系统即常说的直接数字控制(DDC)系统。计算机DDC 控制的基本思想是使用一台计算机代替若干个调节控制回路功能。这个控制系统由于只有一台计算机而且没有分层，因此非常有利于集中控制盒运算的集中处理，而且能得到很好的反映，而且，各个控制规律都能够直接实现。可是，如果生产过程复杂，则该系统的可靠性就很难保证了。系统的危险性过于集中, 一旦计算机发生故障, 整个系统就会停顿。
70 年代随着电子技术的飞速发展,随着大规模集成电路的出现和发展, 集散控制系统（DCS）出现，之后在此基础上，随着生产发展的需要而产生了一种更新一代的控制系统，即分布式控制系统。典型的集散控制系统具有两层网络结构,如图1 所示。下层负责完成各种现场级的控制任务,上层负责完成各种管理、决策和协调任务。而分布式系统的系统网络结构如图2所示。

90年代以来，随着各个学科的发展和交叉融合，随着现代大型工业生产自动化的不断兴起, 利用计算机网络作为控制工具的综合性控制系统，计算机集成系统（CIPS）应运而生。它紧密依赖于最新发展的计算机技术、 网络通信技术和控制技术，而且终将成为未来控制系统的发展趋势。
4、计算机控制系统的发展趋势
(1) DCS和工业控制计算机技术正在相互渗透发展，并扩大各自的应用领域。原来一般流程工业的控制多选用集散型控制系统（DCS），离散型制造业的控制多采用可编程控制器（PLC）。随着DCS和PLC相互渗透发展继而扩大自己的应用领域，将出现DCS和PLC融合于一体的集成过程控制系统。
(2) 控制系统的网络化
随着计算机技术和网络技术的迅猛发展, 各种层次的计算机网络在控制系统中的应用越来越广泛, 规模也越来越大, 从而使传统意义上的回路控制系统所具有的特点在系统网络化过程中发生了根本变化, 并最终逐步实现了控制系统的网络化。【2】
而且工业控制网络将向有线和无线相结合的方向发展。计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，产生了基于无线技术的网络化智能传感器。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够经过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。【4】
(3) 控制系统的系统扁平化【2】
在传统的集散和分布式计算机控制系统中, 根据完成的不同功能和实际的网络结构, 系统以网络为界限被分成了多个层次,各层网络之间经过计算机相连。这中复杂多层的结构会造成多种障碍，具有很多缺点。新一代计算机控制系统的结构发生了明显变化,逐步形成两层网络的系统结构。上层负责完成高层管理功能, 包括各种控制功能之间的协调、 系统优化调度、 信息综合管理和组织以及总体任务的规划等。底层负责完成所有具体的控制任务,如参数调节的回路控制、 过程数据的采集和显示、现场控制的监视以及故障诊断和处理等等。

（4）控制系统的智能化
随着科学技术的发展，对工业过程不但要求控制的精确性，更加注重控制的鲁棒性、实时性、容错性以及对控制参数的自适应和自学习能力。另外，被控工业过程日趋复杂，过程严重的非线性和不确定性，使许多系统无法用数学模型精确描述。这样建立在数学模型基础上的传统方法将面临空前的挑战，也给智能控制方法的发展创造了良好的机遇。传统的控制方法在很大的程度上依赖于过程的数学模型，可是，至今获取过程的精确数学模型依然是一件十分困难的工作。没有精确的数学模型作前提，传统的控制系统的性能将大打折扣。而智能控制器的设计却不依赣过程的数学模型，因而对于复杂的工业过程往往能够取得很好的控铷效果。【5】
智能控制是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程，是用机器模拟人类智能的一个重要领域。智能控制方法较深浅层次上模拟人类大脑的思维判断过程，经过模拟人类思维判断的各种算法实现控制。智能控制包括学习控制系统、分级递阶智能控制系统、专家系统、模糊控制系统和神经网络控制系统等。应用智能控制技术和自动控制理论来实现的先进的计算机控制系统，将有力地推动科学技术进步，并提高工业生产系统的自动化水平。计算机技术的发展加快了智能控制方法的研究。
（5）工业控制软件的组态化【4】
工业控制软件己向组态化方向发展，工业控制软件主要包括人机界面软件、控制软件以及生产管理软件等。当前，中国已开发出一批具有自主知识产权的实时监控软件平台、先进控制软件、过程优化控制软件等成套应用软件。

参考文献：
1. 计算机控制系统的发展趋势
2. 计算机控制系统发展及评价
3. 浅谈计算机控制技术原理及发展趋势
4. 浅谈现代计算机控制系统的发展方向
5. 计算机控制技术发展综述报告

现场总线介绍
参考文献：
1、