計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)透視計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 推薦站內(nèi)最有權(quán)威的刊物：《計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)》創(chuàng)刊于1975年，全國公開發(fā)行，是由中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所主辦的電子科技技術(shù)類期刊。國內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN 13-1223/TN;國際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)：ISSN 1008-1739;郵發(fā)代號(hào)：18-210。

　　摘要：本文簡要介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的原理，根據(jù)當(dāng)前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，分析了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)，指出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)。

　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),控制系統(tǒng),發(fā)展,趨勢(shì)

　　0 引言

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是在自動(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)象的狀態(tài)或運(yùn)動(dòng)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)[1]。

　　1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(duì)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：

　　1.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測，并輸入給計(jì)算機(jī)。

　　1.2 實(shí)時(shí)決策：對(duì)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。

　　1.3 實(shí)時(shí)控制：根據(jù)決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，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(duì)被控量和設(shè)備本身的異常現(xiàn)象及時(shí)作出處理[2]。

　　2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

　　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)雖然控制規(guī)律靈活多樣，改動(dòng)方便;控制精度高，抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制;能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和工況顯示，控制效率高; 控制與管理一體化，進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度。但是由于經(jīng)典控制理論主要研究的對(duì)象是單變量常系數(shù)線性系統(tǒng)，它只適用于單輸入單輸出控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型采用傳遞函數(shù)表示，系統(tǒng)的分析和綜合方法主要是基于根軌跡法和頻率法[3]。現(xiàn)代控制理論主要采用最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識(shí)和最優(yōu)估計(jì)、自適應(yīng)控制等分析和設(shè)計(jì)方法。而系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)模型主要用狀態(tài)空間描述。隨著要研究的對(duì)象和系統(tǒng)越來越復(fù)雜，依賴于數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)控制理論難以解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題：

　　2.1 不確定性的模型：傳統(tǒng)控制是基于模型的控制，模型包括控制對(duì)象和干擾模型。傳統(tǒng)控制通常認(rèn)為模型是已知的或經(jīng)過辨識(shí)可以得到的，對(duì)于不確定性的模型，傳統(tǒng)控制難以滿足要求。

　　2.2 高度非線性：在傳統(tǒng)的控制理論中，對(duì)于具有高度非線性的控制對(duì)象，雖然也有一些非線性控制方法可供使用，但總的來說，目前非線性控制理論還很不成熟，有些方法又過于復(fù)雜，無法廣泛應(yīng)用。

　　2.3 復(fù)雜的任務(wù)要求：在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，控制任務(wù)往往要求輸出量為定值或者要求輸出量跟隨期望的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此控制任務(wù)比較單一。但過于復(fù)雜的控制任務(wù)是傳統(tǒng)的控制理論無能為力[4]。

　　3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

　　當(dāng)今國家，要想在綜合國力上取得優(yōu)勢(shì)地位，就必須在科學(xué)技術(shù)上取得優(yōu)勢(shì)，尤其要在高新技術(shù)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與開發(fā)能力上取得優(yōu)勢(shì)。在以信息技術(shù)為代表的高科技應(yīng)用方面，要充分利用各種新興技術(shù)、新型材料、新式能源，并結(jié)合市場需求，以實(shí)現(xiàn)世界的又一次“工業(yè)大革命”;在工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的一致性方面，要充分協(xié)調(diào)好設(shè)計(jì)的功能和形式兩個(gè)方面的關(guān)系，使兩者逐步走向融合，最終實(shí)現(xiàn)以人為核心、人機(jī)一體化的智能集成設(shè)計(jì)體系。從工業(yè)設(shè)計(jì)的本身角度看，隨著CAD、人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使得對(duì)設(shè)計(jì)過程必然有更深的認(rèn)識(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)思維的模擬必將達(dá)到新的境界。從整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展趨勢(shì)看，并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、敏捷設(shè)計(jì)、全生命周期設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)方法代表了現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式的發(fā)展方向。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式在信息化的基礎(chǔ)上，必然朝著數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展[5]。

　　4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

　　4.1 推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù) 普及應(yīng)用可編程序控制器(PLC)是一種專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的微機(jī)系統(tǒng)。它用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)用戶的指令，通過數(shù)字或模擬的輸入輸出完成確定的邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等功能。近年來PLC幾乎都采用微處理器作為主控制器，且采用大規(guī)模集成電路作為存儲(chǔ)器及I/O接口，因而其可靠性、功能、價(jià)格、體積等都比較成熟和完美。由于智能的I/O模塊的成功開發(fā)，使PLC除了具有邏輯運(yùn)算、邏輯判斷等功能外，還具有數(shù)據(jù)處理、故障自診斷、PID運(yùn)算及網(wǎng)絡(luò)等功能，從而大大地?cái)U(kuò)大了PLC的應(yīng)用范圍[6]。

　　4.2 采用集散網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)是以微機(jī)為核心，把微機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、顯示操作裝置、輸入/輸出通道、模擬儀表等有機(jī)地結(jié)合起來的一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它為生產(chǎn)的綜合自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。若采用先進(jìn)的控制策略，會(huì)使自動(dòng)化系統(tǒng)向低成本、綜合化、高可靠性的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

　　4.3 研究和發(fā)展智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 智能控制是一類無需人的干預(yù)就能夠自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程，是用機(jī)器模擬人類智能的一個(gè)重要領(lǐng)域。智能控制包括學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)、分級(jí)遞階智能控制系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。應(yīng)用智能控制技術(shù)和自動(dòng)控制理論來實(shí)現(xiàn)的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，將有力地推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，并提高工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展加快了智能控制方法的研究。智能控制方法較深淺層次上模擬人類大腦的思維判斷過程，通過模擬人類思維判斷的各種算法實(shí)現(xiàn)控制。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用特色及發(fā)展前景將隨著智能控制系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展。

　　4.4 研究和發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，正引發(fā)著控制技術(shù)的深刻變革，以及與之相應(yīng)的新的控制理論的產(chǎn)生。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化、控制系統(tǒng)體系的開放性、控制技術(shù)與控制方式的智能化，是當(dāng)前控制技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的方向與主要潮流。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅是實(shí)現(xiàn)管理層的數(shù)據(jù)通訊與共享，它應(yīng)用于控制現(xiàn)場的設(shè)備層，并將控制與管理綜合化、一體化[7]。Internet 不僅用于傳統(tǒng)的信息瀏覽、查詢、發(fā)布，還可通過Internet 跨國跨地區(qū)直接對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制。因而現(xiàn)代的自動(dòng)化系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成信息與控制綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接起滅，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。通過Internet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場控制設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制。四級(jí)網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)成現(xiàn)代自動(dòng)化領(lǐng)域控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)生產(chǎn)方式的創(chuàng)新，網(wǎng)上控制，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。

　　5 結(jié)語

　　計(jì)算機(jī)控制技術(shù)正向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化的方向發(fā)展。大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，提高了計(jì)算機(jī)的可靠性和性能價(jià)格比，從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。前景也越來越美好并占有更加重要的地位。

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