計算機控制技術(shù)發(fā)展綜述報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 HEFEI UNIVERSITY計算機控制技術(shù)發(fā)展綜述報告題目 計算機控制技術(shù)發(fā)展綜述報告 系別 電子信息與電氣工程系 專業(yè) 姓名（學(xué)號） 指導(dǎo) 老師 完成 時間 2014/3/28 專心-專注-專業(yè)計算機控制技術(shù)發(fā)展綜述報告摘要:本文簡要介紹了計算機控制系統(tǒng)的原理，計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用與在生產(chǎn)中應(yīng)用的現(xiàn)狀，根據(jù)當(dāng)前計算機控制技術(shù)的發(fā)展狀況，分析了計算機控制技術(shù)的優(yōu)勢和面臨的挑戰(zhàn)，指出計算機控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢，在控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)方面，控制策略(算法)是核心，簡述一些較公認的(特別是能得到工程界的認可)的先進控制策略(算法)。關(guān)鍵詞: 計算機控制系統(tǒng)； 原理； 現(xiàn)狀

2、； 趨勢； 控制算法一、計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)是在自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。若將自動控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計算機來實現(xiàn)，就組成了典型的計算機控制系統(tǒng)。它用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。其中輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執(zhí)行裝置等，計算機控制系統(tǒng)的組成框圖如圖1。它與被控對象的聯(lián)系和部件間的聯(lián)系通常有兩種方式：有線方式、無線方式?？刂颇康目梢允鞘贡豢貙ο蟮臓顟B(tài)或運動過程達到某種要求，也可以是達到某種最優(yōu)化目標。 圖1 計算機控制系統(tǒng)的組成框圖二、計算機控制系統(tǒng)的工作原理計算機控制系統(tǒng)包括硬件組成和軟件組成

3、。在計算機控制系統(tǒng)中，需有專門的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換設(shè)備和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備。由于過程控制一般都是實時控制，有時對計算機速度的要求不高，但要求可靠性高、響應(yīng)及時。計算機控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個過程：(一)實時數(shù)據(jù)采集對被控量的瞬時值進行檢測，并輸入給計算機。(二)實時決策對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程。(三)實時控制根據(jù)決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。 這三個過程不斷重復(fù)，使整個系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標進行工作，并對被控量和設(shè)備本身的異?，F(xiàn)象及時作出處理。三、計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用與在生產(chǎn)中應(yīng)用的現(xiàn)狀計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用主要表

4、現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用的方面。而在以信息技術(shù)為代表的高科技應(yīng)用方面，要充分利用各種新興技術(shù)、新型材料、新式能源，并結(jié)合市場需求，以實現(xiàn)世界的又一次“工業(yè)大革命”；在工業(yè)設(shè)計與工程設(shè)計的一致性方面，要充分協(xié)調(diào)好設(shè)計的功能和形式兩個方面的關(guān)系，使兩者逐步走向融合，最終實現(xiàn)以人為核心、人機一體化的智能集成設(shè)計體系。從工業(yè)設(shè)計的本身角度看，隨著CAD、人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的進一步發(fā)展，使得對設(shè)計過程必然有更深的認識，對設(shè)計思維的模擬必將達到新的境界。從整個產(chǎn)品設(shè)計與制造的發(fā)展趨勢看，并行設(shè)計、協(xié)同設(shè)計、智能設(shè)計、虛擬設(shè)計、敏捷設(shè)計、全生命周期設(shè)計等設(shè)計方法代表了現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計模式的發(fā)展方向。隨著

5、技術(shù)的進一步發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計模式在信息化的基礎(chǔ)上，必然朝著數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。對工業(yè)生產(chǎn)過程進行計算機控制是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、減少環(huán)境污染的必由之路，計算機控制系統(tǒng)已成為生產(chǎn)設(shè)備及過程控制等重要的組成部分，它代替人的思維成為工業(yè)設(shè)備及工藝過程控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制的指揮和監(jiān)督中心。工業(yè)生產(chǎn)過程的計算機控制系統(tǒng)，隨著計算機的進步、工業(yè)生產(chǎn)工藝過程控制要求的提高和生產(chǎn)管理的完善而不斷發(fā)展。目前工業(yè)計算機控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)層次基本上劃分為：直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)、監(jiān)督控制（SCC）系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)（DCS）、遞階控制系統(tǒng)（HCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）等幾種，其中DC

6、S是融DDC系統(tǒng)、SCC系統(tǒng)及整個工廠的生產(chǎn)管理為一體的高級控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)克服了其他控制系統(tǒng)中存在的“危險集中”問題，具有較高的可靠性和實用性。但是，為了進一步適合現(xiàn)場的需要，DCS也在不斷更新?lián)Q代，近年來，集計算機、通信、控制三種技術(shù)為一體的第5代過程控制體系結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，成為國內(nèi)外計算機過程控制系統(tǒng)一個重要的發(fā)展方向。本文對各種工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次和特點以及發(fā)展方向作一分析研究。當(dāng)前以單片機為主體的DDC控制儀用量最大，如控制溫度、流量，控制風(fēng)機、水、油泵及爐門升降機構(gòu)等。這種微機控制儀表的功能已大大超過以摸擬電子元件為基礎(chǔ)的測量儀表，而且有了處理工藝參數(shù)的功能，但它

7、們需要與中間繼電器、交流接觸器、晶閘管、電磁閥、比例閥等執(zhí)行機構(gòu)形成完善的控制系統(tǒng)。多數(shù)DDC控制儀采用PID和模糊控制算法，但自身自調(diào)整和在線優(yōu)化能力仍較弱。最新推出的DDC控制系統(tǒng)均配有通信接口，可方便地進行聯(lián)機。這類控制系統(tǒng)的主要特點是結(jié)構(gòu)緊湊、輕便靈活、便于維護，有較高的抗干擾能力和控制精度，操作方便。主要問題是受運行速度和內(nèi)存容量的限制，一般只能按預(yù)定工藝參數(shù)進行工藝過程控制，難于動態(tài)控制熱處理工藝過程和產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測，因此還是初級微機控制系統(tǒng)。國產(chǎn)的這類控制儀種類多，但目前仍存在著抗干擾自復(fù)位能力較差，可靠性差等問題。四、計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（一） 推廣應(yīng)用成熟的先進技術(shù)普及應(yīng)用

8、可編程序控制器(PLC)是一種專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的微機系統(tǒng)。它用可編程序的存儲器來存儲用戶的指令，通過數(shù)字或模擬的輸入輸出完成確定的邏輯、順序、定時、計數(shù)和運算等功能。近年來PLC幾乎都采用微處理器作為主控制器，且采用大規(guī)模集成電路作為存儲器及I/O接口，因而其可靠性、功能、價格、體積等都比較成熟和完美。由于智能的I/O模塊的成功開發(fā)，使PLC除了具有邏輯運算、邏輯判斷等功能外，還具有數(shù)據(jù)處理、故障自診斷、PID運算及網(wǎng)絡(luò)等功能，從而大大地擴大了PLC的應(yīng)用范圍。（二）采用集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)是以微機為核心，把微機、工業(yè)控制計算機、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、顯示操作裝置、輸入. /輸出通道、模擬儀

9、表等有機地結(jié)合起來的一種計算機控制系統(tǒng)，它為生產(chǎn)的綜合自動化創(chuàng)造了條件。若采用先進的控制策略，會使自動化系統(tǒng)向低成本、綜合化、高可靠性的方向發(fā)展，實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)。（三）研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)智能控制是一類無需人的干預(yù)就能夠自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)其目標的過程，是用機器模擬人類智能的一個重要領(lǐng)域。智能控制包括學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)、分級遞階智能控制系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。應(yīng)用智能控制技術(shù)和自動控制理論來實現(xiàn)的先進的計算機控制系統(tǒng)，將有力地推動科學(xué)技術(shù)進步，并提高工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化水平。計算機技術(shù)的發(fā)展加快了智能控制方法的研究。智能控制方法較深淺層次上模擬人類大腦的思維判斷

10、過程，通過模擬人類思維判斷的各種算法實現(xiàn)控制。計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)勢、應(yīng)用特色及發(fā)展前景將隨著智能控制系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展。（四）研究和發(fā)展計算機網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，正引發(fā)著控制技術(shù)的深刻變革，以及與之相應(yīng)的新的控制理論的產(chǎn)生?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化、控制系統(tǒng)體系的開放性、控制技術(shù)與控制方式的智能化，是當(dāng)前控制技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的方向與主要潮流。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅是實現(xiàn)管理層的數(shù)據(jù)通訊與共享，它應(yīng)用于控制現(xiàn)場的設(shè)備層，并將控制與管理綜合化、一體化。Internet不僅用于傳統(tǒng)的信息瀏覽、查詢、發(fā)布，還可通過Internet跨國跨地區(qū)直接對現(xiàn)場設(shè)備進行遠程監(jiān)測與控制。因而現(xiàn)代的自動化系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)

11、成信息與控制綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?，F(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接起滅，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。通過Internet實現(xiàn)遠端計算機對現(xiàn)場控制設(shè)備的遠程監(jiān)測與控制。四級網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)成現(xiàn)代自動化領(lǐng)域控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。計算機網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)方式的創(chuàng)新，網(wǎng)上控制，通過網(wǎng)絡(luò)進行控制。五、一些先進的控制算法（1）改進成復(fù)合PlD控制算法大量的事實證明。傳統(tǒng)的PID控制算法對于絕大部分工業(yè)過程的被控對象(可高達90)可取得較好的控制效果。采用改進的PID算法或者將PID算法與其他算按進行有機結(jié)合往往可以進一步提高控制質(zhì)囂。（2）頂測控制預(yù)瀏控制是直接從工業(yè)過程控制中產(chǎn)生的一類基于模型的新型控制算法。它高度結(jié)合了工業(yè)實

12、際的要求，綜合控翻質(zhì)量比較高。因而很快引起工業(yè)控制界以及學(xué)術(shù)界的廣泛興趣與重視。預(yù)測控制有三要素，即預(yù)測模型、滾動優(yōu)化和反饋校正。它的機理表明它是一種開放式的控制策略。體現(xiàn)了人們在處理帶有不確定性問題時的一種通用的思想方法。根據(jù)預(yù)測摸型的不同的形式。硬測控制分別稱之為Model Predictive Control(MPC)，Generalized Predictive Control(GPC)和Receding Horizon Predictive Control(RHPC)。此外，頂測控制還可以采取其他形式的模型。如非線性模型、模糊模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等。（3）自適應(yīng)控制在過程工業(yè)中，不步的

13、過程是時變的，如反應(yīng)器中催化劑活性的變化。換熱器中結(jié)垢的產(chǎn)生與發(fā)展等均會使過程的特性發(fā)生變化。如采用參效與結(jié)構(gòu)固定不變的控制器。則控制系統(tǒng)的性能會不斷惡化。這時就需要采甩自適應(yīng)控制系統(tǒng)來適應(yīng)時變的過程。它是辨識與控制的結(jié)合。目前，比較成熟的自控制分三類：·自整定調(diào)節(jié)器及其他的簡單自適應(yīng)控制器。其中。自整定PID滑節(jié)器已有成熟產(chǎn)品并在工程中獲得了較廣泛的應(yīng)用。·模墨參考自適應(yīng)控翻，它能自動調(diào)整控倒規(guī)律。使控嗣系統(tǒng)的輸出與參考模型的輸出相近。在這些系統(tǒng)中，自適應(yīng)回路的穩(wěn)定性至關(guān)重要。·自校正調(diào)解節(jié)與控制。琦典的Astrom與英國的Clarke教授在這方面傲了許多開拓性

14、的研究工作。目內(nèi)外許多學(xué)者在他們的基礎(chǔ)上進行了大量的改進、提高、完善及應(yīng)用工作，使其更加完善與可靠。（4）智能控制隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對工業(yè)過程不僅要求控制的精確性，更加注重控制的魯棒性、實時性、容錯性以及對控制參數(shù)的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力。另外，被控工業(yè)過程日趨復(fù)雜，過程嚴重的非線性和不確定性，使許多系統(tǒng)無法用數(shù)學(xué)模型精確描述。這樣建立在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)方法將面臨空前的挑戰(zhàn)，也給智能控制方法的發(fā)展創(chuàng)造了良好的機遇。傳統(tǒng)的控制方法在很大的程度上依賴于過程的數(shù)學(xué)模型，但是，至今獲取過程的精確數(shù)學(xué)模型仍然是一件十分困難的工作。沒有精確的數(shù)學(xué)模型作前提，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的性能將大打折扣。而智能控制器的

15、設(shè)計卻不依贛過程的數(shù)學(xué)模型，因而對于復(fù)雜的工業(yè)過程往往可以取得很好的控銣效果。常見的智能控制方法有以下幾種：模糊控制、分級遞階智能控制、專家控制、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、擬人智能控制等。這些智能控制方法各有千秋，但又存在各自的不足。因此，最近的研究又表明將它們相互交叉結(jié)合或與傳統(tǒng)的控制方法結(jié)合將會產(chǎn)生更佳的效果。智能控制已在家電行業(yè)及工業(yè)過程中取得了許多成功的應(yīng)甩。特別是模糊控制方法已在日本的家電行業(yè)中廣瑟應(yīng)用。在國內(nèi)外，模糊控制與人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)也已在石化、鋼鐵、冶金、食品等行業(yè)取得了成功的應(yīng)用。今后，需要進一步對智鼢控制的基礎(chǔ)理滄進行研究。以此建立統(tǒng)一的智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。六、總結(jié)雖說是第一次接觸微型計算機控制技術(shù)這門課，但是微型計算機原理、自動控制原理都已經(jīng)學(xué)過了，所以也有一定的基礎(chǔ)。計算機控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過程的自動化及機電控制系統(tǒng)的最佳化的專門