第一章計(jì)算機(jī)控制 緒論

1、渤海大學(xué)工學(xué)院王巍 Email: wangwie_第一章 緒論 一.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 二.工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 三.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概述 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、檢測(cè)與傳感技術(shù)的綜合。計(jì)算機(jī)技術(shù)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用，使自動(dòng)控制技術(shù)得到了迅速發(fā)展，同時(shí)也擴(kuò)大了控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍。目前，以微型計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)種類繁多，控制算法也非常豐富并且隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)水平也必將大大提高。本章主要介紹微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成、發(fā)展趨勢(shì)。1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論1. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是

2、利用計(jì)算機(jī)(通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī),簡(jiǎn)稱工控機(jī))來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的系統(tǒng)，典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)圖示。y控制器-被控對(duì)象e給定量執(zhí)行機(jī)構(gòu)+rD/A被控量測(cè)量變送uA/D生產(chǎn)過程工控機(jī)2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 三個(gè)步驟： （1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入；（傳感器） （2）實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。 （算法） （3）實(shí)時(shí)控制輸出：根據(jù)控制決策，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)。 （執(zhí)行器）重復(fù)三個(gè)步驟，滿足性能（產(chǎn)品）指標(biāo)。（1）在線方式（聯(lián)機(jī)方式）：生產(chǎn)工程與計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)

3、算機(jī)控制的方式。（2）離線方式（脫機(jī)方式）：生產(chǎn)工程不與計(jì)算機(jī)直接連接，且不受計(jì)算機(jī)控制的方式，靠人進(jìn)行連續(xù)并做相應(yīng)的操作。 實(shí)時(shí) 實(shí)時(shí)的含義：是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，也即計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信息以足夠快的速度進(jìn)行控制，超出了這個(gè)時(shí)間就失去了控制時(shí)機(jī)，控制也失去了意義。 * 一個(gè)在線系統(tǒng)不一定是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)一定是一個(gè)在線系統(tǒng) 控制方式控制方式3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 典型控制系統(tǒng) 啤酒罐溫度控制系統(tǒng)是多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)。 各點(diǎn)溫度由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，由多路開關(guān)、采樣保持器巡回檢測(cè)，各點(diǎn)溫度經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量送到計(jì)算機(jī)與給

4、定值進(jìn)行比較后，按照一定的規(guī)律（PID）運(yùn)算，輸出控制量； 各控制量經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換、保持器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別控制啤酒罐相應(yīng)各點(diǎn)的溫度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)保持器保持器D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字?jǐn)?shù)字控制器控制器D/A轉(zhuǎn)換器溫度控制測(cè)量測(cè)量A/D轉(zhuǎn)換器多路采樣保持器啤酒罐例1.啤酒罐計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)按控制系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) OGCS 直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC 監(jiān)督控制系統(tǒng) SCC 集散控制系統(tǒng) DCS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 所謂操作指導(dǎo)是指計(jì)算機(jī)的輸出不直接用來控制被控對(duì)象，只是每隔一定時(shí)間，計(jì)算機(jī)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，將系統(tǒng)的一些參數(shù)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算

5、及處理，然后進(jìn)行報(bào)警、打印和顯示。操作人員根據(jù)這些結(jié)果去改變調(diào)節(jié)器的給定值或直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 該系統(tǒng)屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)根據(jù)一定的控制算法，依賴測(cè)量元件測(cè)得的信號(hào)數(shù)據(jù)，計(jì)算出供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。操作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的信息去改變調(diào)節(jié)器的給定值或直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。CRTCRT打印機(jī)打印機(jī)測(cè)量變送測(cè)量變送測(cè)量變送測(cè)量變送過程輸入通道過程輸入通道數(shù) 字 計(jì) 算 機(jī)數(shù) 字 計(jì) 算 機(jī)報(bào)警報(bào)警工 業(yè) 對(duì) 象工 業(yè) 對(duì) 象人人執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu).模擬輸入輸出、數(shù)字輸入輸出 特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)的輸出與生產(chǎn)過程的控制單元不直接發(fā)生聯(lián)系，控制動(dòng)作實(shí)際上由操作人員接受計(jì)算機(jī)指示去完成。屬于開環(huán)控

6、制結(jié)構(gòu)。是最早和最簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 由于計(jì)算機(jī)的結(jié)果可以幫助并指導(dǎo)人的操作，因此稱之為操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制靈活和安全 缺點(diǎn)：要由人工操作，速度不高，不能控制多個(gè)對(duì)象 適用領(lǐng)域：數(shù)據(jù)檢測(cè)處理、試驗(yàn)新的數(shù)學(xué)模型、調(diào)試新的控制程序。（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct Digital Control） DDC系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)首先通過模擬量輸入通道（AI）和開關(guān)量輸入通道（DI）實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量輸出通道（AO）和開關(guān)量輸出通道（DO）直接控制生產(chǎn)過程。直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)過程控

7、制最普遍的一種方式。要求：實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)通常要控制幾個(gè)或幾十個(gè)回路CRT打印機(jī)打印機(jī)測(cè)量變送測(cè)量變送測(cè)量變送測(cè)量變送過程輸入通道過程輸入通道直接數(shù)字控制（直接數(shù)字控制（DDC）計(jì)算機(jī)）計(jì)算機(jī)報(bào)警報(bào)警工工 業(yè)業(yè) 對(duì)對(duì) 象象執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu).執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)過程輸出通道過程輸出通道操作臺(tái)操作臺(tái)設(shè)定值預(yù)先固設(shè)定值預(yù)先固定在計(jì)算機(jī)里定在計(jì)算機(jī)里 特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)直接參與控制，系統(tǒng)經(jīng)計(jì)算構(gòu)成閉環(huán)，給定值是由操作員預(yù)先設(shè)定好后存入計(jì)算機(jī)內(nèi)的，在控制過程中不變化，屬于恒值調(diào)節(jié)。 優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以代替多個(gè)模擬調(diào)節(jié)器，在不更換硬件的情況下，只要調(diào)用不同的子程序就可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制規(guī)律

8、（串級(jí)、前饋、解耦、大滯后補(bǔ)償?shù)龋?缺點(diǎn)：計(jì)算機(jī)直接與生產(chǎn)過程相連并承擔(dān)控制任務(wù)，故要求DDC計(jì)算機(jī)可靠性高，實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)，能獨(dú)立工作。（3）監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC（Supervisory Computer Control) 監(jiān)督控制中，計(jì)算機(jī)根據(jù)原始工藝信息和其他的參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型或其他方法，自動(dòng)地改變模擬調(diào)節(jié)器或以直接數(shù)字控制方式工作的微型機(jī)中的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況（如保持高質(zhì)量、高效率、低消耗、低成本等等）。 從這個(gè)角度上說，它的作用是改變?cè)O(shè)定值，又稱為設(shè)定值控制SPC(Set Point Control).在SCC中，由計(jì)算機(jī)按照描述生產(chǎn)過程的

9、數(shù)學(xué)模型或其他方法計(jì)算出最佳給定值后，送給模擬調(diào)節(jié)器或DDC，由DDC或模擬調(diào)節(jié)器控制生產(chǎn)過程，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。SCC系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)： SCC模擬調(diào)節(jié)器、 SCCDDCCRT打印機(jī)打印機(jī)輸出通道輸出通道輸入通道輸入通道DDC計(jì)算機(jī)或模擬調(diào)節(jié)器計(jì)算機(jī)或模擬調(diào)節(jié)器SCC監(jiān)督控制監(jiān)督控制 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)報(bào)警報(bào)警工工 業(yè)業(yè) 對(duì)對(duì) 象象.輸入通道輸入通道操作臺(tái)操作臺(tái)l SCC SCC模擬調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器該系統(tǒng)是由微型機(jī)系統(tǒng)對(duì)各物理量進(jìn)行巡回檢測(cè)，并按一定的數(shù)學(xué)模型對(duì)生產(chǎn)工況進(jìn)行分析、計(jì)算后得出控制對(duì)象各參數(shù)最優(yōu)值送給調(diào)節(jié)器，使工況保持在最優(yōu)狀態(tài)。 當(dāng)SCC微型機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可由模擬調(diào)節(jié)器獨(dú)

10、立完成操作。l SCC SCCDDCDDC調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 SCC微型機(jī)可完成工段、車間高一級(jí)的最優(yōu)化分析和計(jì)算，并給出最優(yōu)給定值，送給DDC級(jí)執(zhí)行過程控制。 當(dāng)DDC級(jí)微機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可由SCC微型機(jī)完成DDC的控制功能，該系統(tǒng)提高了可靠性。 特點(diǎn)：在SCC中，給定值是計(jì)算得到，以保證系統(tǒng)在最優(yōu)狀態(tài)下工作，故又稱為設(shè)定值控制（Set Point Control）系統(tǒng)，而在DDC中，設(shè)定值是預(yù)先給定的，不隨參數(shù)或命令的改變而改變。 優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)能根據(jù)工作狀態(tài)的變化，改變給定值，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制；同時(shí)當(dāng)SCC有故障時(shí)，可用DDC或模擬調(diào)節(jié)器工作，當(dāng)DDC有故障時(shí)，可用SCC代替工作，系統(tǒng)的可靠性好。（4

11、）集散控制系統(tǒng) （Distributed Control System-DCS) DCS采用分散控制，集中操作，分級(jí)管理，分而自治和綜合協(xié)調(diào)的方法，把系統(tǒng)從上到下分為分散過程控制級(jí)、集中操作監(jiān)控級(jí)、綜合信息管理級(jí)，形成分級(jí)分布式控制。管理計(jì)算機(jī)LAN工程師站 現(xiàn)場(chǎng)控制站PLC過程控制站網(wǎng)間連接器操作員站網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)站 智能調(diào)節(jié)器其它測(cè)控裝置操作站綜合信息管理級(jí)至其它局域網(wǎng) 被 控 對(duì) 象通信聯(lián)絡(luò) 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表與執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)儀表模擬信號(hào) 特點(diǎn)：工作任務(wù)由各工作站完成，故局部的故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，監(jiān)督級(jí)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督與操作?！包c(diǎn)對(duì)點(diǎn)”方式 優(yōu)點(diǎn)：有多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別執(zhí)行不同的控制功能，將危險(xiǎn)分散

12、，既能進(jìn)行控制又能實(shí)現(xiàn)管理； 使用靈活，可靠性提高； 系統(tǒng)采用積木式結(jié)構(gòu)，易于擴(kuò)展，通用性強(qiáng)； 采用CRT顯示技術(shù)，智能操作平臺(tái)，操作、監(jiān)視方便。是目前國(guó)際上公認(rèn)的最好的控制之一。（5）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) （Fieldbus Control System-FCS) FCS是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的DCS，其結(jié)構(gòu)模式為“操作站控制站現(xiàn)場(chǎng)儀表”三層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)成本較高，而且各廠商的DCS又各自的標(biāo)準(zhǔn)，不能互連。FCS于DCS不同，它的結(jié)構(gòu)模式為“工作站現(xiàn)場(chǎng)總線儀表”二層結(jié)構(gòu)，完成了DCS三層結(jié)構(gòu)的功能，降低了成本，提高了可靠性，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

13、按控制規(guī)律分類 程序和順序控制 PID控制 最少拍控制 復(fù)雜規(guī)律的控制 智能控制程序和順序控制(Sequential Control) 在程序控制中，被控制量按照預(yù)先規(guī)定的時(shí)間函數(shù)變化，被控制量是時(shí)間的函數(shù)，如單晶爐的溫度控制。 順序控制可以看做是程序控制的擴(kuò)展，在各個(gè)時(shí)期所給出的設(shè)定值可以是不同的物理量，而且每次設(shè)定值的給出，不僅取決于時(shí)間，還取決于對(duì)以前的控制結(jié)果的邏輯判斷。 如小規(guī)模的PLC控制 PID控制(Proportional-Integrated-Differential) 調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分的函數(shù)。 PID控制是目前應(yīng)用最廣、最普遍的技術(shù)。PID控制結(jié)構(gòu)

14、簡(jiǎn)單、參數(shù)容易調(diào)整。 目前，無論模擬調(diào)節(jié)器或數(shù)字調(diào)節(jié)器，多數(shù)仍使用PID控制規(guī)律。最少拍控制(Minimum Beat Control) 最少拍控制的性能指標(biāo)是要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在盡可能短的時(shí)間里完成調(diào)節(jié)過程。包括最小拍有波紋控制和最小拍無波紋控制 最少拍控制通常應(yīng)用在數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。復(fù)雜規(guī)律的控制(Complex Rules control) 對(duì)于存在隨機(jī)擾動(dòng)、純滯后對(duì)象和多變量耦合的系統(tǒng)，僅用PID控制是難以達(dá)到滿意的性能指標(biāo)的，因此，針對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)際，可以引進(jìn)各種復(fù)雜規(guī)律的控制。 如串級(jí)控制(cascad) 、前饋控制(forward) 、純滯后補(bǔ)償控制（lag compensati

15、ng）、多變量解耦控制(decoupling) 、最優(yōu)控制(optimal) 、自適應(yīng)控制(self-adapative)、自學(xué)習(xí)控制等。智能控制(Intelligent Control) 智能控制理論是一種把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)問題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學(xué)科。 智能控制理論是人工智能、運(yùn)籌學(xué)和控制理論的交叉和匯合。v如：模糊控制(Fuzzy control)v 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制(Neural network control)v 專家系統(tǒng)控制(Expert system control)1.2.1 工業(yè)控制機(jī)的組成 工業(yè)控制機(jī)硬件軟件系統(tǒng)軟件支持軟件應(yīng)用軟件主機(jī)（、）板內(nèi)部總線和外部

16、總線、人機(jī)接口、系統(tǒng)支持板、磁盤系統(tǒng)、通信接口、輸入輸出通道1.2 工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)、工業(yè)控制機(jī)的硬件組成主機(jī)板人機(jī)接口系統(tǒng)支持磁盤系統(tǒng)通信接口模擬量輸入通道（）模擬量輸出通道（）數(shù)字量輸入通道（）數(shù)字量輸出通道（）外部總線內(nèi)部總線內(nèi)部總線：是工業(yè)控制機(jī)內(nèi)部各組成部分進(jìn)行信息傳送的公共通道，它是一組信號(hào)線的集合。外部總線：是工業(yè)控制機(jī)與其它智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的公共通道。2. 內(nèi)部總線與外部總線 1.2.3 工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn)可靠性高和可維修性好；環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；控制的實(shí)時(shí)性；完善的輸入輸出通道；豐富的軟件；適當(dāng)?shù)挠?jì)算精度和計(jì)算速度。四、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展與趨

17、勢(shì) 1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)1、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展概況 其發(fā)展可以從計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制理論兩方面來回顧. (1)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展過程計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展過程 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展可歸納為四個(gè)階段: * 開創(chuàng)時(shí)期(1955-1962年)，使用早期的計(jì)算機(jī),從事一些操作指導(dǎo)和設(shè)定值控制； * 直接數(shù)字控制時(shí)期(1962-1967年)，英國(guó)的一個(gè)化學(xué)工業(yè)公司實(shí)現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)； * 小型計(jì)算機(jī)時(shí)期(1967-1972年)，計(jì)算機(jī)控制進(jìn)入使用普及的階段，出現(xiàn)小型機(jī)，可靠性提高，成本降低，但仍屬于集中性控制； * 微型計(jì)算機(jī)時(shí)期(1972-至今)，由于微型計(jì)算機(jī)的出

18、現(xiàn)和發(fā)展,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)入了嶄新的階段.采用微型機(jī),已經(jīng)制造出大量的分級(jí)遞階控制,分散控制系統(tǒng)和專用控制系統(tǒng)等。 (2)計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展過程計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展過程 * 采樣定理:用離散信號(hào)來復(fù)現(xiàn)原來連續(xù)信號(hào) * 差分方程:連續(xù)系統(tǒng)用微分方程描述，離散系統(tǒng)用差分方程 * Z變換：對(duì)采樣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)工具 * 狀態(tài)空間理論： * 最優(yōu)控制與隨機(jī)控制：線性二次型高斯LQG * 先進(jìn)控制技術(shù)：主要解決傳統(tǒng)的、經(jīng)典的控制技術(shù)所難以解決的控制問題，目前處于發(fā)展和完善階段。主要有： （）自適應(yīng)控制 針對(duì)對(duì)象特性的變化、漂移和環(huán)境干擾對(duì)系統(tǒng)的影響而提出來的，其基本思想是通過在線辨識(shí)使這種影響逐漸降低乃至消

19、除。 自適應(yīng)控制是一種逐漸修正、漸進(jìn)趨向期望性能的過程，適用于模型和干擾變化緩慢的情況，而不適用于環(huán)境干擾強(qiáng)的工業(yè)場(chǎng)合和比較復(fù)雜的生產(chǎn)過程。 自適應(yīng)控制分模型參考自適應(yīng)控制和自校正控制。 （ ）魯棒控制 指系統(tǒng)的某個(gè)性能或某個(gè)指標(biāo)在某種擾動(dòng)下保持不變的程度（或?qū)_動(dòng)不敏感的程度）。其基本思想在設(shè)計(jì)中設(shè)法使系統(tǒng)對(duì)模型的變化不敏感，使控制系統(tǒng)在模型誤差擾動(dòng)下仍能保持穩(wěn)定，品質(zhì)也能在工程所能接受的范圍內(nèi)。 應(yīng)用主要集中在飛行器、柔性結(jié)構(gòu)、機(jī)器人，較少應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域中，主要原因在于確乏良好的設(shè)計(jì)方法。 （ ）預(yù)測(cè)控制 是一種基于模型又不過分依賴模型的控制策略。其基本思想類似于人的思維和決策，即根據(jù)

20、頭腦中對(duì)外部世界的了解，通過快速思維不斷比較各種方案可能造成的后果，從中擇優(yōu)予以實(shí)施。 預(yù)測(cè)控制的各種算法是建立在模型預(yù)測(cè)滾動(dòng)優(yōu)化反饋校正等三條基本原理上的，其核心是在線滾動(dòng)優(yōu)化。這種“邊走邊看”的滾動(dòng)優(yōu)化控制策略可以隨時(shí)顧及模型失配、時(shí)變、非線性或其他干擾因素等不確定性，及時(shí)進(jìn)行彌補(bǔ)，減少偏差，以獲得較高的綜合控制策略。 預(yù)測(cè)控制集建模、優(yōu)化和反饋于一體，三者滾動(dòng)進(jìn)行，其深刻的控制思想和優(yōu)良的控制效果，一直為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界所矚目，國(guó)外已有商品化的預(yù)測(cè)控制軟件包。 缺點(diǎn)是在建模中未充分利用過程的知識(shí)，且計(jì)算耗時(shí)、工作量大。 （ ）智能控制策略： 模糊控制 用語言歸納操作人員控制策略，運(yùn)用語言變

21、量和模糊集合理論形成控制算法的一種控制。 模糊控制不需要建立控制對(duì)象精確的模型，只要求將現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)和非數(shù)據(jù)總結(jié)成較完善的語言控制規(guī)則，因此它能繞過對(duì)象的不確定性、不精確性、噪音以及非線性、時(shí)變性時(shí)滯等影響。 模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，尤其適用于非線性、時(shí)變、滯后系統(tǒng)的控制。 專家控制 可以看成是對(duì)一個(gè)“控制專家”在解決控制問題或進(jìn)行控制操作時(shí)的思路、方法、經(jīng)驗(yàn)、策略的模擬。 專家控制器有三個(gè)基本模塊： 用于觀察、檢測(cè)系統(tǒng)中的有關(guān)變量和狀態(tài)的信息處理特征提取模塊； 運(yùn)用專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)判斷當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行情況并分析比較各種可以采用的控制策略； 存放專家控制經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的控制規(guī)則集模塊。 專家控制對(duì)

22、許多工業(yè)工程的應(yīng)用頗為有效，但理論相對(duì)并不完善。 神經(jīng)控制 是一種模擬腦神經(jīng)的結(jié)構(gòu)和思維、判斷功能的信息處理系統(tǒng)。 遺傳算法 模擬生物的進(jìn)化機(jī)制，基本思想就是達(dá)爾文的進(jìn)化論，將待解決的問題轉(zhuǎn)換成由個(gè)體組成的演化群體和對(duì)該群體進(jìn)行操作的一組遺傳算子，整個(gè)系統(tǒng)按照“物競(jìng)天擇，適者生存”的原則，經(jīng)歷生成評(píng)價(jià)選擇操作的演化過程反復(fù)進(jìn)行直至搜索到最有解2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)1 推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù) （1）普及應(yīng)用可編程序控制器(PLC) （2）廣泛使用調(diào)節(jié)器 （3）采用新型的DCS和FCS 2 大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng) （1）分級(jí)遞階智能控制系統(tǒng) （2）模糊控制系統(tǒng) （

23、3）專家系統(tǒng) （4）學(xué)習(xí)控制系統(tǒng) （5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)本質(zhì)上還是自動(dòng)控制系統(tǒng)，依然要遵循控制理論，其性能分析和要求與連續(xù)控制系統(tǒng)相似，同樣用系統(tǒng)的穩(wěn)定性、能控性、能觀性、動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)態(tài)特性來表征。 * 穩(wěn)定性 是控制系統(tǒng)的最重要的要求之一，一個(gè)控制系統(tǒng)只有穩(wěn)定，才有可能工作，才談得上控制性能的優(yōu)劣。 * 能控性與能觀性 是現(xiàn)代控制理論中兩個(gè)非常重要的概念，從控制系統(tǒng)狀態(tài)的控制能力和狀態(tài)的觀測(cè)能力兩方面揭示了控制系統(tǒng)的兩個(gè)基本問題。 * 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 直觀反映控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過渡過程特性。 在經(jīng)典控制理論的時(shí)域分析中用時(shí)域指標(biāo)來衡量控制系統(tǒng)性能的好壞，常用

24、指標(biāo)有： 延遲時(shí)間td、上升時(shí)間tr、 峰值時(shí)間tp、調(diào)節(jié)時(shí)間ts和超調(diào)量。 在實(shí)際應(yīng)用中，常用的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)為上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。用tr或tp評(píng)價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，用評(píng)價(jià)系統(tǒng)的阻尼程度,而ts是同時(shí)反映響應(yīng)速度和阻尼速度的綜合指標(biāo)。 穩(wěn)態(tài)指標(biāo) 是反映控制系統(tǒng)控制精度和抗干擾能力的一種度量，常用穩(wěn)態(tài)誤差ess來表征。 通常在階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)或加速度函數(shù)作用下進(jìn)行測(cè)定或計(jì)算，ess表示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出量y與期望值y0之間的差值，希望ess越小越好。本章小節(jié) 1、本章首先介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，在此基礎(chǔ)上給出了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類。 按控制系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)劃分為，操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC、監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC、集散控制系統(tǒng)DCS、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS等； 按控制規(guī)律劃分為