计算机控制系统与被控对象的关系

计算机控制系统与被控对象的关系

姓名：刘鑫 专业：电气工程及其自动化 地点：绵阳师院 学号：1109040436 摘要：计算机控制系统(Computer Control System，简称CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。 关键字：控制系统、被控对象、关系

Key words: Control system、Controlled device、Relation

内容：与一般控制系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。它也可以是开环的，这有两种方式：一种是计算机只按时间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指导信息，然后由人工去影响被控对象。

计算机控制系统分类方法一般有：以自动控制行式分类，以参于控制方式分类或以调节规律分类三种。下面我们介绍着几种分类方式。

以自动控制方式可以分成如下几类：

（一) 计算机开环控制系统：若计算机开环控制系统的输出对生产过程能行使控制，但控

制结果、生产过程的状态没有影响计算机控制的系统，计算机、控制器、生产过程等环节没有构成闭合环路，则称之为计算机开环控制系统。从图上看出生产过程的状态没有反馈给计算机，而是由操作人员监视生产过程的状态，决定控制方案，并告诉控制计算机使其行使控制作用。

（二) 计算机闭环控制：计算机对生产对象或过程进行控制时，生产过程状态能直接影响

计算机控制的系统，称之为计算机闭环控制系统。控制计算机在操作人员监视下，自动接受生产过程状态检测结果，计算并确定控制方案，直接指挥控制部件的动作，行使控制生产过程作用。

（三) 在线控制：只要计算机对受控对象或受控生产过程，能够行使直接控制，不需要人

工干预的都称之为控制计算机在线控制或称联机控制系统。

（四) 离线控制：控制计算机没有直接参于控制对象或受控生产过程，它只完成受控对象

或受控过程的状态检测，并对检测的数据进行处理；而后制定出控制方案，输出控制指示，操作人员参考控制指示，人工手动操作使控制部件对受控对象或受控过程进行控制，这种控制形式称之为计算机离线控制系统。

（五) 实时控制系统：控制计算机实时控制系统是指受控制的对象或受控过程，每当请求

处理或请求控制时，控制机能及时处理并进行控制的系统，常用在生产过程是间断进行的场合轧出一块钢算一个过程，每个过程都重复进行。只有进入过程才要求计算机进行控制。在计算机一旦进行控制时，就要求计算机对来自生产过程的信息在规定的时间内作出反应或控制。这种系统常使用完善的中断系统和中断处理程序来实现.综上所述，一个在线系统并不一定是实时系统。但是一个实时系统必是一个在线系统。

按控制机参于控制方式来分类， 可分成如下几种：

（一） 直接数字控制系统：由控制计算机取代常规的模拟调节仪表而直接对生产过程进行

控制，由于计算机发出的信号为数字量，故得名DDC控制。实际上受控的生产过程的控制部件，接受的控制信号可以通过控制机的过程输入/输出通道中的数/模(D/A)转换器将计算机输出的数字控制量中转换成模拟量；输入的模拟量也要经控制机的过程输入/输出通道的模/数(A/D)转换器转换成数字量进入计算机。

（二） 计算机监督控制系统：计算机监督控制系统是针对某一种生产过程，依据生产过程

的各种状态,按生产过程的数学模型计算出生产设备应运行的最佳给定值，并将最佳值自动地或人工对DDC执行级的计算机或对模拟调节仪表进行调正或设定控制的目标值.由DDC或调节仪表对生产过程各个点(运行设备)行使控制。

（三） 多级控制系统：在现代生产企业中，不仅需要解决生产过程的在线控制问题，而且

还要求解决生产管理问题，每日生产品种、数量的计划调度以及月季计划安排，制定长远规划、预报销售前景等， 于是出现了多级控制系统。DDC级主要用于直接控制生产过程，进行PID或前馈控制；SCC级主要用于进行最佳控制或自适应控制或自学习控制计算，并指挥DDC级控制同时向MIS级汇报情况。

（四） 分布式控制或分散控制系统：分散控制或分布控制,是将控制系统分成若干个独立的

局部控制子系统，用以完成受控生产过程自动控制任务。由于微型计算机的出现与迅速发展，为实现分散控制提供了物质和技术基础，近年来分散控制得以异乎寻常的发展，且已成为计算机控制发展的重要趋势。

按调节规律分类，可分为以下几类：

（一) 程序控制：如果计算机控制系统是按着预先规定的时间函数进行控制，这种控制称

之为程序控制。如炉温按着一定的时间曲线进行控制就为程序控制。这里的程序是指随时间变化就有确定对应变化值，而不是计算机所运行的程序。

（二) 顺序控制：在程序控制的基础上产生了顺序控制，计算机如能根据随时间推移所确

定对应值和此刻以前的控制结果两方面情况行使对生产过程控制的系统，称之为计算机的顺序控制。

（三) 比例--积分--微分PID控制常规的模拟调节仪表可以完成PID控制。用微型计算机也

可以实现PID控制。

（四) 前馈控制：通常的反馈控制系统中，对干扰造成一定后果，才能反馈过来产生抑制

干扰的控制作用，因而产生滞后控制的不良后果。为了克服这种滞后的不良控制，用计算机接受干扰信号后，在还没有产生后果之前插入一个前馈控制作用，使其刚好在干扰点上完全抵消干扰对控制变量的影响，因而又得名为扰动补偿控制。

（五) 最佳控制系统：控制计算机如能有受控对象处于最佳状态运行的控制系统称之为最

佳控制系统。如用计算机控制系统就是在现有的限定条件下，恰当选择控制规律，使受控对象运行指标处于最优状态。如产量最大、消耗最大、质量合格率最高、废品率最少等。最佳状态是由定出的数学模型确定的，有时是在限定的某几种范围内追求单项最好指标，有时是要求综合性最优指标。

（六) 自适应控制系统：上述的最佳控制，当工作条件或限定条件改变时，就不能获得最

佳的控制效果了。如果在工作条件改变的情况下，仍然能的控制系统对受控对象的控制处于最佳状态，这样的控制系统称之为自适应系统。这就要求数学模型体现出在条件改变的情况下，如何达到最佳状态。控制计算机检测到条件改变的信息，按数学模型给出的规律进行计算，用以改变控制变量，使受控对象仍能处在最好状态。

（七) 自学习控制系统：以上讲到的最佳控制、自适应控制和自学习控制都涉及到多参数、

多变量的复杂控制系统，都属于近代控制理论研究的问题。系统的稳定性的判断，多种因素影响控制的复杂数学模型研究等，都必须有生产管理、生产工艺、自动控制、检测仪表、程序设计、计算机硬件各方面人员相互配合才能得以实现。由受控对象要求反应时间的长短、控制点数多少和数学模型复杂程度来决定选用计算机规模。一般来说需要功能很强（速度与计算功能）的计算机才能实现。

上述诸种控制，可以是单一种也可不是单一的，可以几种形式结合对生产过程实现控制。这要针对受控对象的实际情况，在系统分析、系统设计时确定。

参考文献：陈炳和.《计算机控制原理与应用》.北京航空航天大学出版社,2008,(2).