计算机控制技术(第一章 绪论)

前述

前段时间开始写博客，到现在非常喜欢把学到的东西和要复习的东西在博客上整理出来，这也算费曼学习法的一种吧，以写博客这种输出倒逼自己的输入。最近开始复习计算机控制技术这门课程，于是把期末复习的一些学习笔记整理出来。

计算机控制系统的组成

1. 计算机控制系统要做一件什么事儿？

计算机控制系统任务是实现被控对象的数据采集和偏差计算，并根据对控制指标的要求做出控制决策，产生相应的控制信号，对被控对象进行实时控制。

2. 计算机控制系统硬件

计算机控制系统的硬件一般是由计算机，外部设备，输入输出通道和操作台等组成。

3. 计算机控制系统特点
在说这个之前，我们先得弄清楚为什么非得用计算机控制系统，模拟控制系统为什么不香呢？因为模拟控制系统都是基于最基本的电路设计，不管是PID控制也好，还是一些放大滤波等操作，都需要搭电路实现。所以，价格随回路增加线性增长。其次，如果不是PID等，如果这个控制要求比较严格，或者有特殊要求，搭电路实现不了，就JJ了。最后，还是一个最优的问题，模拟控制只能接近最优，我们按最优去设计，但是实际中肯定还是达不到的，因为电路里面一些诸如温漂等现象存在。然后就是计算机控制系统的优点。
实现复杂的控制规律，而且修改方便（如最优控制，自适应控制，预测控制以及各种智能控制）

• 具有系统组态的灵活性（可以组成单机直接数字控制系统，也可以组成多机复杂控制系统）
• 适应性强，可靠性高（对温度，湿度以及元件的使用时间不敏感）
• 具有良好的性能价格比（易于实现多参数联合控制）

光有优点，没有缺点吗？那是不可能的。

• 量化以及运算误差会限制系统的精度
• 计算机输入信号使执行器输出变化“陡峭”，影响控制质量
• 收采样周期的影响，会增加控制系统的滞后时间，减少带宽，控制质量于同样的模拟系统相比会低。

计算机控制系统分类

微型计算机控制系统分类

1. 数据采集和处理系统
   说白了，就一点，在这个过程中，起控制作用的还是人。计算机只完成一个数据采集，处理，判断，报警，显示等功能，具体还得人来判断情况。
   

图1 数据采集和处理系统结构图

2. 直接数字控制系统(DDC)
   

图2 直接数字控制系统结构图

直接数字控制系统又叫简单回路计算机控制系统。简单来说，它首先通过输入通道检测被控对象参数，然后依据给定值和某一控制规律对所测参数进行加工处理，加工结果（控制量）通过输出通道提供给受控对象，使得被控参数的变化过程符合某一性能指标要求。

3. 监督控制系统(SCC)
   

图3 监督控制系统的一般结构图

监督控制系统就是在直接控制系统上加了一个监督计算机，仅此而已。它会给若干个简单回路控制系统提供给定值和对控制过程进行监督。通常是根据原始生产工艺信息和输入通道采集数据加工处理的结果，按照描述该生产过程的数学模型，自动地改变和修正各简单回路控制系统地给定值，从而使生产过程处在最优地生产工况中,其中，动态地提供给定值的应用方式，也称为给定值控制。

4. 分级控制系统
   分级控制系统也可称为计算机控制管理系统，利用计算网络技术和数据库技术，它已发展为近年来正在研究和推广的柔性制造系统。

5. 分布式计算机控制系统
   说实话，我对分布式这个并不是很理解，它和监督式控制系统，可能区别就在于它是利用微型计算机或微处理器实现地理和功能上的分散控制。就是以前是一个总的控制器，现在有各自的控制器。

计算机控制系统的发展趋势

1. 仪表微型化
   将单片机嵌入常规模拟仪表
2. 工业控制计算机
   工业计算机是用于工业控制的专用计算机。总线式IPC采用模块式结构，机箱内主要有主机板，功能模块，I/O接口板等。
3. 可编程控制器
   与传统继电器相比，具有抗干扰能力强，适应性好，编程直观、简单，功能完善，接口功能强。
4. 集散控制系统
5. 神经网络控制
   神经网络的特点（大规模的并行处理和分布式的信息存储，良好的自适应性，自组织性和很强的学习功能，联想功能和容错功能）
6. 芯片技术发展
7. 人工智能
   专家系统和机器人