計(jì)算機(jī)應(yīng)用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)自動(dòng)控制應(yīng)用分析

李　峰

摘要：本文介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、分類、構(gòu)成等,以及使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的研究。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制；自動(dòng)控制；特點(diǎn)；分類；構(gòu)成

１ 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)

自動(dòng)控制對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來越多的起到重要作用,以期實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制并達(dá)到產(chǎn)量高、穩(wěn)定、安全生產(chǎn),改善工作環(huán)境,提高經(jīng)濟(jì)效益。自動(dòng)控制技術(shù)加上計(jì)算機(jī)技術(shù)如虎添翼,因?yàn)檫@些信息儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中有很強(qiáng)的邏輯函數(shù)能力，強(qiáng)大的邏輯判斷功能以及計(jì)算機(jī)飛速運(yùn)算的本領(lǐng)，計(jì)算機(jī)控制能夠解決常規(guī)控制解決不了的難題，能夠達(dá)到常規(guī)達(dá)不到的優(yōu)異的性能指標(biāo)。具體來講有以下４個(gè)優(yōu)點(diǎn)：控制靈活多變 ; 控制和管理的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高;計(jì)算機(jī)控制投資少,收效速度快;達(dá)到最優(yōu)控制。最優(yōu)控制問題可以歸結(jié)為:應(yīng)用最優(yōu)控制方法和最優(yōu)設(shè)置或最優(yōu)條件,設(shè)計(jì)最優(yōu)控制計(jì)算機(jī)在線控制調(diào)節(jié)器,確保穩(wěn)定的狀態(tài)中,當(dāng)操作條件建立非固定或隨時(shí)間變化,可以根據(jù)輸入系統(tǒng)輸出的累積的數(shù)據(jù)或信息的自動(dòng)調(diào)節(jié)。電腦自動(dòng)化控制在軋制、冶金、電力、自動(dòng)空間、駕駛、印刷、造紙、紡織、化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用,取得了顯著的效果。

２ 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類

2.1 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：盡管數(shù)據(jù)處理不屬于這個(gè)范疇,然而,不能離開數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝參數(shù)的積累和實(shí)時(shí)分析,可以實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)過程中各種趨勢(shì)分析。計(jì)算機(jī)通過輸入通道參數(shù)控制對(duì)象的測(cè)量電路測(cè)試,根據(jù)參數(shù)按一定的規(guī)則,控制操作、運(yùn)行效果、輸出通道的控制對(duì)象,使被告符合要求的性能參數(shù)。例如, 在工程質(zhì)量檢測(cè)工作中以前所用的儀器都是通過人工來讀數(shù)的,而這樣做,有一些缺點(diǎn):一是效率不高,二是容易人為錯(cuò)誤,三是原始數(shù)據(jù)還需要人工進(jìn)行計(jì)算和處理?，F(xiàn)在,情況發(fā)生重大變化,計(jì)算機(jī)已經(jīng)達(dá)到和各種檢測(cè)儀器的智能連接,可以使每個(gè)測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)的處理形式以數(shù)字的形式從屏幕上顯示出來。也可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫中或是直接打印輸出。

應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集還有一個(gè)更大的優(yōu)勢(shì)即可以用電腦測(cè)試數(shù)據(jù)。所以,將大大降低勞動(dòng)量,提高工作人員的工作效率, 而且避免了人工讀數(shù)、計(jì)算給檢測(cè)結(jié)果帶來的誤差。對(duì)于不同的數(shù)據(jù)采集方法也各不相同。在建筑材料檢驗(yàn)工作常規(guī)使用通用試驗(yàn)機(jī)、壓力測(cè)試和彎曲試驗(yàn)機(jī)等等,只需要機(jī)械和一些機(jī)械式傳感器和位移傳感器、相對(duì)簡(jiǎn)單的處理的數(shù)據(jù)通過電腦芯片技術(shù),它可以自動(dòng)或半自動(dòng)地獲取的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)處理。在這種類型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),計(jì)算機(jī)也非常多所收集的數(shù)據(jù)。雖然在一些工程質(zhì)量檢驗(yàn),測(cè)試數(shù)據(jù)采集需要高性能計(jì)算機(jī)和軟件。在動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)工程樁、高速度、加速度傳感器,傳感器的機(jī)械式傳感器檢測(cè)過程中具有較高的利率有用的轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)信息和數(shù)據(jù),在一般情況下,數(shù)據(jù)采集中的每一秒將達(dá)到數(shù)千數(shù)據(jù)、高精度傳感器和信號(hào)接收設(shè)備,甚至可以得到每秒鐘數(shù)以百萬計(jì)的復(fù)雜的數(shù)據(jù)。最后模擬出工程樁的應(yīng)力波變化圖和樁身阻抗變化圖，在有經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)人員的操作下，計(jì)算機(jī)還可模擬分析出整個(gè)樁身的形狀并將其打印出來。

2.2監(jiān)督控制：監(jiān)督控制中計(jì)算機(jī)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(xiàng)定值，監(jiān)督控制系統(tǒng)分級(jí)控制現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，通信技術(shù)和ＣＲＴ顯示技術(shù)的巨大進(jìn)展，使得計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不單純包含控制功能，而且包含了生產(chǎn)管理和指揮調(diào)度的功能?，F(xiàn)在歐美日等國家都已大批量生產(chǎn)各種型號(hào)的集散型綜合控制系統(tǒng)，盡管各種型號(hào)五花八門，然而它們的結(jié)構(gòu)都是大同小異的，它們才是由以微處理為核心的基本調(diào)節(jié)器、高速數(shù)據(jù)通道、ＣＲＴ 操作站和監(jiān)督計(jì)算機(jī)等組成，集散型控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)有１臺(tái)中央計(jì)算機(jī)（ＣＣ）和若干臺(tái)衛(wèi)星計(jì)算機(jī)可以共享資源，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備能力以及其它資源可以得到充分利用。

在監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)根據(jù)生產(chǎn)工藝參數(shù)的數(shù)學(xué)模型,模擬的最優(yōu)參數(shù),如比例中項(xiàng)或數(shù)字調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器、監(jiān)督和控制系統(tǒng)的控制,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)顯示器技術(shù)和通信技術(shù),取得了巨大進(jìn)步的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不僅含有控制功能,但也包含了生產(chǎn)管理和調(diào)度功能?，F(xiàn)在,美國等國家,擁有大型的生產(chǎn)各種類型的分布式控制系統(tǒng)、盡管各種型號(hào)五花八門,但不同類型的結(jié)構(gòu)都是大同小異的, 它們才是由以微處理為核心的基本調(diào)節(jié)器、高速數(shù)據(jù)通道、ＣＲＴ 操作站和監(jiān)督計(jì)算機(jī)等組成，集散型控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)有１臺(tái)中央計(jì)算機(jī)（ＣＣ）和若干臺(tái)衛(wèi)星計(jì)算機(jī)可以共享資源，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備能力以及其它資源可以得到充分利用。

３ 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成

3.１ 控制對(duì)象:控制對(duì)象是指所要控制 的裝置或設(shè)備，控制對(duì)象用傳遞函數(shù)來表征時(shí)，其特性可以用放大系數(shù)Ｋ、慣性時(shí)間常數(shù)Ｔｍ、積分時(shí)間常數(shù)Ｔ和純滯后時(shí)間來描述。

3.２ 執(zhí)行器:執(zhí)行器是一種重要的組成部分, 執(zhí)行器控制系統(tǒng)是根據(jù)變化的控制信號(hào),角位移或線性輸出,并通過調(diào)節(jié)機(jī)制可調(diào)介質(zhì)的流量或能量, 使生產(chǎn)過程符合預(yù)定的要求, 執(zhí)行器按照采用的動(dòng)力方式可以分為電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器和液動(dòng)執(zhí)行器三大類。

3.３ 測(cè)量環(huán)節(jié):測(cè)量環(huán)節(jié)通常由傳感器和測(cè)量線路構(gòu)成，它把被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成某種形式的信號(hào)，應(yīng)達(dá)到：①在測(cè)量精度、測(cè)量范圍上符合要求；②傳感器性能穩(wěn)定、可靠、重復(fù)性好；③ 盡可能選擇線性度好、靈敏度高的傳感器。④電源種類盡量少、電源電壓盡是規(guī)范化。

3.4 數(shù)字調(diào)節(jié)器及輸入、輸出通道:在數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字調(diào)節(jié)器為核心,數(shù)字控制律的調(diào)節(jié)閥編制計(jì)算機(jī)程序。輸入通道的包含了多個(gè)開關(guān)、樣品、模具變壓器輸出通道--包括轉(zhuǎn)換器和維護(hù)。再次,例如,商品住宅供暖系統(tǒng)管理,以節(jié)省能源,一定能夠減少?zèng)]有空房間,房間,居民沒有加熱室(如倉庫)暖氣系統(tǒng)。為了掌握的供暖系統(tǒng)的有效性,應(yīng)及時(shí)定期監(jiān)測(cè)加熱溫度變化、維修和調(diào)試紡織后整理采暖系統(tǒng),避免產(chǎn)生的問題爭(zhēng)議。支付根據(jù)用戶的首先應(yīng)該建立用戶數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),為每個(gè)用戶訪問的地址,并建立相應(yīng)的管理、查詢系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上,書面程序,程序控制系統(tǒng),基于數(shù)據(jù)庫存記錄的地址表指令和數(shù)據(jù)采集指令的地址或控制指令,并且獲得數(shù)據(jù)終端的溫度、溫度信息數(shù)據(jù)庫,并可存放信息實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、溫度控制器功能障礙是報(bào)警功能,為了供暖單位能被檢測(cè)到,溫暖的循環(huán)加熱質(zhì)量保證。

４ 對(duì)象特性對(duì)控制性能的影響

4.1 對(duì)象放大系數(shù)對(duì)控制性能的影響：對(duì)象可以等效看作由擾動(dòng)通道Ｇｎ（ｓ）構(gòu)成，控制通道的放大系數(shù)中Ｋｍ，擾動(dòng)通道的放大系數(shù)Ｋｎ，經(jīng)過推導(dǎo)可以得到如下結(jié)論：動(dòng)通道的放大系數(shù)Ｋｎ影響誤差ＣｓｓＫｎ越小Ｅｓｓ也越小，控制精度高，所以希望Ｋｎ盡可能小; 控制通道的放大系數(shù)Ｋｍ對(duì)系統(tǒng)的性能沒有影響，因?yàn)椋耍硗耆梢杂烧{(diào)節(jié)器的比例系數(shù)勒來補(bǔ)償。

4.２對(duì)象的慣性時(shí)間常數(shù)對(duì)控制性能的影響：設(shè)擾動(dòng)通道的慣性時(shí)間常數(shù)Ｔｈ，控制通道的慣性時(shí)間常數(shù)ＴＭ，經(jīng)過推導(dǎo)，可以得知：當(dāng)Ｔｎ加大或慣性環(huán)節(jié)的階次增加時(shí)，可以減少超調(diào)量；ｂ.Ｔｍ 越小，反應(yīng)越靈敏，控制越及時(shí)， 控制性能越好。

4.３對(duì)象的純滯后時(shí)間對(duì)控制性能的影響：設(shè)擾動(dòng)通道的純滯后時(shí)間，控制通道的純滯后時(shí)間表，經(jīng)過分析，可以知道：擾動(dòng)通道純滯后時(shí)間對(duì)控制性能無影響，只是使輸出量沿時(shí)間軸平移了；控制通道純滯后時(shí)間表使系統(tǒng)的超調(diào)量加大，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，純滯后時(shí)間越大，控制性能越差。

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作者簡(jiǎn)介：李峰（1969-）男，河南沈丘人，主要從事電器自動(dòng)控制研究。