計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

第第頁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越多的用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，給計(jì)算機(jī)控制技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展。然而，設(shè)計(jì)一個(gè)性能好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是非常重要的。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成，一個(gè)完整的控制系統(tǒng)還需要考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，系統(tǒng)的抗干擾性能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是在自動控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，就組成了典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它用計(jì)算機(jī)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。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。控制目的可以是使被控對象的狀態(tài)或運(yùn)動過程達(dá)到某種要求，也可以是達(dá)到某種最優(yōu)化目標(biāo)。

一、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的概述

1.計(jì)算機(jī)控制的概念

（1）開環(huán)控制系統(tǒng)

若系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響，則稱該系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，既不需要對系統(tǒng)的輸出量進(jìn)行測量，也不需要將它反饋到輸入端與輸入量進(jìn)行比較。

（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)

凡是系統(tǒng)的輸出信號對控制作用能有直接影響的系統(tǒng)都叫作閉環(huán)控制系統(tǒng)，即閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)反饋系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)中系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個(gè)重要問題。

2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，也稱它為數(shù)字控制系統(tǒng)。若不考慮量化問題，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)即為采樣系統(tǒng)。進(jìn)一步，若將連續(xù)的控制對象和保持器一起離散化，那么采樣控制系統(tǒng)即為離散控制系統(tǒng)。所以采樣和離散系統(tǒng)理論是研究計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。

3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測和輸入。

（2）實(shí)時(shí)控制決策：對采集到的被控量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并按已定的控制規(guī)律決定進(jìn)一步的的控制過程。

（3）實(shí)時(shí)控制：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。

4.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)上。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除測量裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等常用的模擬部件之外，其執(zhí)行控制功能的核心部件是數(shù)字計(jì)算機(jī)，所以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部件的混合系統(tǒng)。

（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除仍有連續(xù)模擬信號之外，還有離散模擬、離散數(shù)字等多種信號形式。

（3）由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除了包含連續(xù)信號外，還包含有數(shù)字信號，從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)在本質(zhì)上有許多不同，需采用專門的理論來分析和設(shè)計(jì)。

（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改軟件，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律和對控制方案進(jìn)行在線修改，使系統(tǒng)具有很大靈活性和適應(yīng)性。

（5）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)具有高速的運(yùn)算能力，一個(gè)控制器（控制計(jì)算機(jī)）經(jīng)?？梢圆捎梅謺r(shí)控制的方式而同時(shí)控制多個(gè)回路。

（6）采用計(jì)算機(jī)控制，如分級計(jì)算機(jī)控制、離散控制系統(tǒng)、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動化程度進(jìn)一步提高。

二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件組成和軟件組成。在計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)控制，有時(shí)對計(jì)算機(jī)速度的要求不高，但要求可靠性高、響應(yīng)及時(shí)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個(gè)過程：

（一）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集

對被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測，并輸入給計(jì)算機(jī)。

（二）實(shí)時(shí)決策

對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)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(shí)時(shí)控制

根據(jù)決策，適時(shí)地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。

這三個(gè)過程不斷重復(fù)，使整個(gè)系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行工作，并對被控量和設(shè)備本身的異常現(xiàn)象及時(shí)作出處理。在自動控制系統(tǒng)的實(shí)際工程中，經(jīng)常需要檢測被測對象的一些物理參數(shù)，如溫度、流量、壓力、速度等，這些參數(shù)都是模擬信號的形式。它們要由傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變換成計(jì)算機(jī)能夠處理的信號。同樣，計(jì)算機(jī)控制外設(shè)，如電動調(diào)節(jié)閥、模擬調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，就需要將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器變換成外設(shè)能接受的模擬信號。

三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在汽車檢測方面的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所采用的形式與它所控制的生產(chǎn)過程的復(fù)雜程度密切相關(guān)，不同的被控對象和不同的要求，應(yīng)有不同的控制方案。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大致可分為以下幾種典型的形式。它們是：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC），DDC系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應(yīng)用方式；監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）；分散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。對于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在汽車檢測方面的應(yīng)用，我們需要從汽車管理檢測和汽車故障檢測兩方面來進(jìn)行分析。而這兩方面對于汽車性能很重要。

1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在汽車管理檢測方面的應(yīng)用

其實(shí)也就是常說的“多站點(diǎn)汽車檢測動態(tài)管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”主要是利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路運(yùn)輸管理部門對多個(gè)汽車檢測站的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸與檢測結(jié)果的自動判斷，實(shí)現(xiàn)車輛二級維護(hù)備案，并實(shí)現(xiàn)對道路運(yùn)輸車輛技術(shù)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和道路運(yùn)輸車輛相關(guān)信息的自動化傳輸，該系統(tǒng)還可以對汽車維修企業(yè)的二級維護(hù)車輛的一次檢驗(yàn)合格率進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)采用分級分布式星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)各工作站點(diǎn)通過集線器相互連接構(gòu)成檢測系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)，完成數(shù)據(jù)通信和信息傳輸；通過調(diào)制解調(diào)器能方便地與電話網(wǎng)連接，加入Internet國際互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)與局域的遠(yuǎn)程通信，從而構(gòu)成廣域網(wǎng)。其車輛檢測、辦理車輛技術(shù)等級評定和二級維護(hù)簽章實(shí)行封閉式自動檢測和流水作業(yè)辦公。

2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在汽車故障檢測方面的應(yīng)用

經(jīng)過多年的發(fā)展，目前國內(nèi)的汽車故障檢測維修行業(yè)已具相當(dāng)規(guī)模。大部分汽車綜合性能檢測站均采用了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，汽車維修企業(yè)也應(yīng)用維修信息管理系統(tǒng)，一定程度上實(shí)現(xiàn)了檢測自動化和管理科學(xué)化。

（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以為汽車故障檢測提供技術(shù)支持

通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)完善汽車行業(yè)整體信息化之后，維修企業(yè)就可以通過一個(gè)公共的專家數(shù)據(jù)庫查詢需要的維修技巧并將自身的工作經(jīng)驗(yàn)與同行共享；一個(gè)維修企業(yè)的配件儲存是有限的，但如果將每個(gè)維修企業(yè)甚至供應(yīng)商的配件倉儲量、型號和規(guī)格等登入信息網(wǎng)，可以較好地解決企業(yè)配件短缺但一時(shí)難以購置的問題；為車主提供周到迅速的服務(wù)，應(yīng)是每個(gè)維修企業(yè)追求的目標(biāo)之一，車輛檢測不合格需要進(jìn)廠維修時(shí)，維修企業(yè)可以通過網(wǎng)絡(luò)查詢到該車輛的原始檢測數(shù)據(jù)和汽車性能曲線，極大地提高維修效率和準(zhǔn)確性。同時(shí)，也能保證我們對于汽車安全方面的要求。

（2）計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程故障控制系統(tǒng)對汽車行業(yè)的現(xiàn)實(shí)意義

目前我國汽車維修行業(yè)已經(jīng)從完全依靠檢查者的感覺和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行診斷。

四、小結(jié)

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、微電子技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、現(xiàn)場總線智能儀表、軟件技術(shù)以及自控理論的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)水平大大提高，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用突飛猛進(jìn)。利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，人們可以對現(xiàn)場的各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，完成常規(guī)控制技術(shù)無法完成的任務(wù)，微型計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、航空航天以及日常生活的各個(gè)領(lǐng)域?？梢哉f，21世紀(jì)是計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)獲得重大發(fā)展的時(shí)代，大到載人航天飛船的研制成功，小到日用的家用電器，甚至計(jì)算機(jī)控制的家庭主婦機(jī)器人，到處可見計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展日新月異，作為現(xiàn)代從事工業(yè)控制和智能儀表研究、開發(fā)及使用的技術(shù)人員，必須不斷學(xué)習(xí)，加快知識更新的速度，才能適應(yīng)社會的需要，才能在工業(yè)控制領(lǐng)域里繼續(xù)邀游。

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