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摘 要文章主要对计算机控制系统的过程进行分析,阐述了该系统的组成及相关特点,分析数据采集系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、分级控制系统DES和现场总线控制系统FCS的优缺点,以典型例子来说明相关控制原理.
关 键 词自动控制；控制系统；应用分类
中图分类号：TP249文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014）03-0117-01
计算机自动控制系统是将自动控制技术与计算机技术有机的结合后发展而成的.传统的控制理论面对较为繁杂的控制系统和计算步骤而出现无法解决的情况,存在着一定的局限性,也无法达到控制系统所需的运行要求.随着控制理论的不断发展,在设计、分析以及综合方面,自动控制的理论基础都在不断完善,而在计算机技术的辅助下发展更为快速,两者的高效结合更是出现了一个高效的平台,加速了该系统的发展速度.
1计算机控制系统的控制过程分析
分析典型连续控制系统结构可以发现,其构成主要包含以下几个方面：控制器、给定值、反馈值、检测装置、被控对象、执行器以及被控参数等,该系统运行时通过比较器来对给定值与反馈值进行对比分析,在控制器的作用下对计算得到的偏差进行调整,执行结构在该控制信号的驱动下运行,从而实现了对被控参数数值的有效控制,保证其处于预期范围内.计算机自动控制系统就是对连续控制系统中的比较器和控制器以计算机替换,保证完成同样功能和作用的基础上使得系统更加智能.计算机自动控制系统的输入输出信号需要进行模拟信号和数字信号之间的相互转换.
计算机控制系统的控制过程可以分为两个部分,即检测被控参数的数据采集处理过程和对控制器进行控制信号的发送的实时控制的过程,该控制信号是通过既定控制规律进行计算而得出的控制量.该过程会不断重复发生.系统根据预先设定的要求对监控过程中如果发生异常情况,可进行更正.
2计算机控制系统的组成和特点
在该系统中,被控对象与计算机之间的数据传输与交换是通过过程输入/输出通道完成,输入通道是将被控参数转变为数字代码,输出通道则相反,将计算机的相关数据和控制命令转变为控制信号对被控对象进行控制.过程输入/输出通道包含有模拟量的输入输出和开关量的输入输出.外界信息与计算机之间的交流是通过外部设备实现,操作台则是实现人机对话的设备.软件主要是为实现计算机控制系统的各种功能.
相对于连续控制系统,计算机控制系统混合有数字信号和模拟信号,这样的方式更方便实现复杂控制.在连续控制系统时,修改控制规律必须进行模拟电路的修改,对结构改变较大,而计算机控制则只需要对相关程序进行修改.计算机控制系统不再是连续控制而是离散控制,一个数字控制器就能实现分时控制而进行多个控制.计算机控制系统能更为有效的实现一体化管理.
3计算机控制系统的应用类型分类
计算机控制系统主要分为数据采集系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、分级控制系统DES和现场总线控制系统FCS.
在数据采集系统中,计算机负责采集和处理数据,而直接控制.其作用主要是在生产过程中检测、记录和处理各个工艺变量,超出情况报警提示,对于此类变量还可实现实时分析和累计分析,分析出趋势来给予操作者参考.
在直接数字控制系统中,计算机将按照控制规律运算得到的结果输送到被控对象,调整被控变量以符合相关指标要求.相对于模拟系统的直接传送,该系统的控制信号需要经数模转换后输出才能作用于驱动装置.鉴于计算机的强大计算能力,很方便实现控制算法的改变.计算机进行的控制需要较高的适应性、实时性以及可靠性.
监督计算机控制系统中通过对比既定的数学模型与实际工况来进行优化计算,获得最佳优化值通过数字控制系统来执行.该系统主要任务是高级管理和控制,多采用较高档的计算机以适应大容量和强处理功能的要求.
DES在国内多称为集散控制系统,其为多级计算机系统,以通信网络连接过程监控级和过程控制级,特点是组态方便、配置灵活,可实现分散控制、分级管理和集中操作.FCS是改进DCS系统的标准不统一和过高的系统成本而出现的新型分布式控制系统.随着现场总线技术的不断提升,执行器、传感器都逐步向数字化演变,4mA～20mA模拟信号逐步被数字信号代替,现场总线为串行通信网络,为双线、全数字化的多站点网络,连接了控制设备与现场仪表.
4计算机自动控制的原理分析
在自动控制诞生初,其调节主要是在反馈理论上实现的自动操作,多用于工业控制,随着后期制造业的发展,自动控制理论也得到了进一步的完善,直到完整的自动控制理论体系建立,其控制理论是在传递函数的基础上得到,主要对线性定常数系统、单输入-单输出等问题进行设计和分析.
1）自动控制系统.在自动控制系统中,要实现各类控制就必须先连接控制装置和控制对象,以一定的方式来形成有机整体.该系统中,被控梁为被控对象的输出量,必须为控制的物理量,可设定为固定值,如压力和温度等.控制装置是一个机构总体,能在不同方式、原理上控制被控对象,最基本的是在反馈控制原理下的反馈控制系统.
2）反馈控制系统.在该系统中,被控装置是在控制装置的控制下获取反馈信息,对控制量和被控制量之间的偏差进行修正,以到达控制的目的,这也是反馈控制的基本原理.以下为某典型的反馈模型：
该模型的公式为：
设定A值为5,开3次方
通过此方法就能实现自动调节,在中出现偏大取值,通过计算后的输出值会自动调整变小,而中偏小的取值在计算后自动调整而变大.
在科技不断发展的推动下,计算机在自动控制系统中的应用变得更加高效实用,自动控制也发展到了各个行业领域.同时,还需要从业人员共同努力,将自动控制超低成本、高智能方向发展,保证工业产品的质量.