計(jì)算機(jī)控制技術(shù)：第一章 概述

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)主要參考書目和期刊曹立學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》西電出版社朱玉璽《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》電子工業(yè)出版社吳堅(jiān)《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》

武漢理工大學(xué)出版社張燕紅《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》東南大學(xué)出版社于海生《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》清華大學(xué)出版社孫增圻《計(jì)算機(jī)控制理論及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社謝劍英《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》國防工業(yè)出版社王樹青《工業(yè)過程控制工程》化學(xué)工業(yè)出版社第一章概述§1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)一、計(jì)算機(jī)控制的一般概念計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)(通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡稱工業(yè)控制機(jī))來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)。

1、概念典型結(jié)構(gòu)圖與自動控制系統(tǒng)的區(qū)別：

所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。

特點(diǎn)：處理信號類型不一致

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

2、工作原理：②實(shí)時控制決策：對采集到的被控量進(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。③實(shí)時控制輸出：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。①在線方式和離線方式：on-line/off-line

生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式；生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機(jī)方式。②實(shí)時：指信號的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成，亦即計(jì)算機(jī)對輸入信息，以足夠快的速度進(jìn)行控制，超出了這個時間，就失去了控制的時機(jī)，控制也就失去了意義。注意：時間范圍的大小跟被控對象聯(lián)系非常的緊密！不同的被控對象，對時間范圍的要求不同。如：發(fā)酵過程和導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的對比！3、幾個重要的概念思考兩個問題一.在線系統(tǒng)是否一定是實(shí)時系統(tǒng)？二.實(shí)時系統(tǒng)是否一定是在線系統(tǒng)？一.不一定。在線采集的數(shù)據(jù)不一定在當(dāng)時就進(jìn)行處理，只要把數(shù)據(jù)采集來就可以！二.是。不在線肯定不能滿足實(shí)時性。（某熱電廠鍋爐儀表集中控制室）

4、實(shí)例圖1-2某熱電廠鍋爐計(jì)算機(jī)控制室

二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1、分類一（工藝流程）：計(jì)算機(jī)(工業(yè)控制機(jī))+生產(chǎn)過程硬件+軟件

2、分類二（計(jì)算機(jī)）：硬件：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。軟件：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂。2.1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件+生產(chǎn)過程各部分的裝置（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件：

②輸入輸出通道：是計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)對象之間進(jìn)行信息交換的橋梁和紐帶。過程輸入通道：把生產(chǎn)對象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字信號；過程輸出通道：把計(jì)算機(jī)輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成可以對生產(chǎn)對象進(jìn)行控制的信號。注意：過程輸入輸出通道包括模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量輸入輸出通道。①主機(jī)：是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心。主機(jī)通過接口向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，對被控對象進(jìn)行檢測和控制。③外部設(shè)備：是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和外界進(jìn)行信息交換的設(shè)備，簡稱外設(shè)，包括：人機(jī)聯(lián)系設(shè)備（操作臺）、輸入輸出設(shè)備（磁盤驅(qū)動器、鍵盤、打印機(jī)、顯示終端等）和外存貯器等。（2）生產(chǎn)過程裝置。①測量變送單元：為了測量各種參數(shù)而采用的相應(yīng)的檢測元件及變送器。②執(zhí)行機(jī)構(gòu)：要控制生產(chǎn)過程，必須有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能是根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的控制信號，產(chǎn)生相應(yīng)的控制動作，使被控對象按要求運(yùn)行。（1）系統(tǒng)軟件是由計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家提供的專門用來使用和管理計(jì)算機(jī)的程序。系統(tǒng)軟件包括：

①操作系統(tǒng)：包括管理程序、磁盤操作系統(tǒng)程序、監(jiān)控程序等；

②診斷系統(tǒng)：指的是調(diào)試程序及故障診斷程序；

③開發(fā)系統(tǒng)：包括各種語言處理程序（編譯程序）、服務(wù)程序（裝配程序和編輯程序）、模擬程序（系統(tǒng)模擬、仿真、移植軟件）、數(shù)據(jù)管理程序等。2.2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成系統(tǒng)軟件+應(yīng)用軟件+數(shù)據(jù)庫（2）應(yīng)用軟件是面向用戶本身的程序，即指由用戶根據(jù)要解決的實(shí)際問題而編寫的各種程序。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件有：

①過程監(jiān)視程序

②過程控制計(jì)算程序

③公共服務(wù)程序（3）數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要用于資料管理、存檔和檢索，相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)指如何建立數(shù)據(jù)庫以及如何查詢、顯示、調(diào)用和修改數(shù)據(jù)等。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成示意圖軟件部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

硬件部分控制計(jì)算機(jī)主機(jī)、外設(shè)、系統(tǒng)總線生產(chǎn)過程輸入輸出通道人機(jī)聯(lián)系設(shè)備、通信設(shè)備

現(xiàn)場儀表（測量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）

操作系統(tǒng)匯編或高級語言、過程控制語言通信網(wǎng)絡(luò)軟件、診斷程序等

系統(tǒng)軟件

應(yīng)用軟件

過程輸入/輸出程序、過程控制程序人機(jī)接口程序、打印顯示程序各種公共子程序歷史數(shù)據(jù)庫、實(shí)時數(shù)據(jù)庫三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中信號的具體變換與傳輸計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)：（1）控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)靈活、方便。（2）控制精度高。（3）控制效率高。（4）可集中操作顯示。（5）可實(shí)現(xiàn)分級控制與整體優(yōu)化，可通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與上下位計(jì)算機(jī)相通信，進(jìn)行分級控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制與生產(chǎn)管理的一體化與整體優(yōu)化，提高企業(yè)的自動化水平。（6）存在著采樣延遲。

在生產(chǎn)過程中，根據(jù)被控對象的特點(diǎn)和控制功能，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有各種各樣的結(jié)構(gòu)和形式按計(jì)算機(jī)參與的形式，可以分為開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)；按采用的控制方案，又分為程序和順序控制、常規(guī)控制、高級控制（最優(yōu)、自適應(yīng)、預(yù)測、非線性等）、智能控制（FUZZY控制、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）?！?.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類不是嚴(yán)格的按照其結(jié)構(gòu)或者功能進(jìn)行分類的。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類，是根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史和在實(shí)際應(yīng)用中的狀態(tài)并參考以往的教材進(jìn)行分類的。一般分為六大類：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)六大類。一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(2)操作指導(dǎo)

DAS對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,并以有利于指導(dǎo)生產(chǎn)過程的方式表示出來,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的操作指導(dǎo)。

(3)越限報(bào)警

DAS預(yù)先將各種工藝參數(shù)的極限存入計(jì)算機(jī),DAS在數(shù)據(jù)采集過程中進(jìn)行越限判斷和報(bào)警,以確保生產(chǎn)過程安全。(1)生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視

DAS通過輸入通道對生產(chǎn)過程的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時采集、加工處理，并以一定格式在CRT上顯示，或通過打印機(jī)打印出來，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視。2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能二、直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)1、直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）計(jì)算機(jī)通過過程控制通道對工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行在線實(shí)時控制；（2）計(jì)算機(jī)參與閉環(huán)控制，可完全替代模擬調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)對多回路多參數(shù)的控制；（3）系統(tǒng)是靈活性大、可靠性高，能實(shí)現(xiàn)各種從常規(guī)到先進(jìn)的控制方式。2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)特點(diǎn)三、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(SCC)1、監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）SCC計(jì)算機(jī)輸出不通過人去改變，而直接控制控制器，改變控制的設(shè)定值或參數(shù)，完成對生產(chǎn)過程的控制。該系統(tǒng)類似計(jì)算機(jī)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)。（2）SCC計(jì)算機(jī)可以利用有效的資源去完成生產(chǎn)過程控制的參數(shù)優(yōu)化，協(xié)調(diào)各直接控制回路的工作，而不直接參與直接的控制，

(3)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是安全性可靠性較高的一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)的最初、最基本的模式。2、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)集散控制系統(tǒng)又稱分布控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分散控制、集中操作、分級管理、分而自治、綜合協(xié)調(diào)形成具有層次化體系結(jié)構(gòu)的分級分布式控制；一般分為四級：過程控制級、控制管理級、生產(chǎn)管理級和經(jīng)營管理級。過程控制級是集散控制的基礎(chǔ)，直接控制生產(chǎn)過程，在這級參與直接控制的可以是計(jì)算機(jī)也可以是PLC或?qū)Ｓ脭?shù)字控制器，完成對現(xiàn)場設(shè)備直接監(jiān)測和控制；四、集散控制系統(tǒng)(DCS)1、集散控制系統(tǒng)概念2、集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖過程控制級、控制管理級、生產(chǎn)管理級和經(jīng)營管理級?

由于生產(chǎn)過程控制分別由獨(dú)立控制器進(jìn)行控制，可以分散控制器故障，局部故障不會影響整個系統(tǒng)工作，提高了系統(tǒng)工作可靠性。3、集散控制系統(tǒng)特點(diǎn)：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)：利用現(xiàn)場總線將各智能現(xiàn)場設(shè)備，各級計(jì)算機(jī)和自動化設(shè)備互聯(lián)，形成了一個數(shù)字式全分散雙向串行傳輸，多分支結(jié)構(gòu)和多點(diǎn)通信的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線：一種數(shù)字通信協(xié)議，可以連接各智能設(shè)備以形成通信網(wǎng)絡(luò)；五．現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概念2、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程現(xiàn)場的各種儀表、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器都配有分級處理器，屬智能現(xiàn)場設(shè)備?，F(xiàn)場總線可以直接連接其它的局域網(wǎng)，甚至Internet?？蓸?gòu)成不同層次的復(fù)雜控制網(wǎng)絡(luò)，它已經(jīng)成為今后工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向之一3、集散控制系統(tǒng)特點(diǎn)（2）FCS是從DCS發(fā)展而來，僅變革了DCS的控制站，形成了現(xiàn)場控制層，其他層不變；計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)：將工業(yè)生產(chǎn)的全過程集成由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)在統(tǒng)一模式進(jìn)行，包括從設(shè)計(jì)、工藝、加工制造到產(chǎn)品的檢驗(yàn)出廠一體化的模式發(fā)展：隨著現(xiàn)代市場需求和企業(yè)模式現(xiàn)代化，計(jì)算機(jī)集成制造已將制造集成轉(zhuǎn)換為信息集成，并融企業(yè)全面管理和市場營銷前景：盡管目前CIMS工程在企業(yè)的推廣存在許多困難，但是它確實(shí)是企業(yè)真正走向現(xiàn)代化的方向規(guī)模：CIMS是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，需要有許多基礎(chǔ)的應(yīng)用平臺支持，實(shí)現(xiàn)的是企業(yè)物流、資金流和信息流統(tǒng)一。由于涉及面廣，應(yīng)用存在困難較多，許多CIMS工程在規(guī)劃實(shí)施中都提出了整體規(guī)劃分步實(shí)施策略。六計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

1、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)概述2、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖CIMS組成框圖計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

經(jīng)營決策企業(yè)管理生產(chǎn)調(diào)度過程優(yōu)化過程控制第五層：企業(yè)決策，生產(chǎn)規(guī)劃第四層：供銷,財(cái)務(wù),計(jì)劃,管理等第三層：生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)優(yōu)化第二層：先進(jìn)控制，過程優(yōu)化第一層：單元自動化,簡單控制生產(chǎn)過程

流程CIMS的遞階控制示意圖1、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論（1）*20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)開始用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制；*1954年，開始用計(jì)算機(jī)構(gòu)成開環(huán)控制系統(tǒng)；*1957年，石油蒸餾過程控制采用了計(jì)算機(jī)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)；*1962年，在一個乙烯廠實(shí)現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)；

*1965—1969，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；§1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展和展望1、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論（2）*1970年以后，控制進(jìn)入大量推廣和分級控制階段。將計(jì)算機(jī)分散到生產(chǎn)裝置中去，實(shí)現(xiàn)小范圍的局部控制和某些特殊控制，這種控制方式稱為“分散性計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”，即DCS。*1990年以后，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)過程和控制系統(tǒng)的進(jìn)一步復(fù)雜化，人們將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到了控制系統(tǒng)的前置機(jī)以及前置和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸中。前置機(jī)完成自己的控制功能，但它與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。1、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論（3）

*20世紀(jì)80年代后期，許多傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置等現(xiàn)場設(shè)備數(shù)字化，人們開始尋求用一根統(tǒng)一電纜將現(xiàn)場設(shè)備連起來，這就產(chǎn)生了一種新的控制觀念——現(xiàn)場控制。其特點(diǎn)：（1）信號傳輸實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化；（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)全分散化；（3）現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性，并可以統(tǒng)一組態(tài)；（4）通訊網(wǎng)絡(luò)為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，方便數(shù)據(jù)共享；（5）技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)全開放。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(1)

從模擬控制系統(tǒng)到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的長期發(fā)展中，形成了諸如PID控制、Smith控制和解耦控制等許多行之有效的傳統(tǒng)控制策略，并得到了廣泛的應(yīng)用。但這些控制策略要求：*被控對象是精確的、時不變的，線性的；*操作條件和運(yùn)行環(huán)境是確定的，不變的。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(2)

20世紀(jì)80年代以來，世界各國工業(yè)向著大型、連續(xù)、綜合化發(fā)展，所構(gòu)成的控制系統(tǒng)也變得越來越復(fù)雜：*對象結(jié)構(gòu)參數(shù)是時變的，有許多不確定因素，且是非線性、多變量、強(qiáng)耦合和高維數(shù)的，既有數(shù)字信息，又有多媒體信息，難以建立常規(guī)的數(shù)學(xué)模型并加以研究；*運(yùn)行的環(huán)境改變和環(huán)境干擾的時變，再加上信息的模糊性、不完全性、偶然性和未知性等，使系統(tǒng)的環(huán)境復(fù)雜化；*控制任務(wù)不再限于系統(tǒng)的調(diào)節(jié)或伺服問題，還包括了優(yōu)化、監(jiān)控、診斷、調(diào)度、規(guī)劃、決策等復(fù)雜任務(wù)。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(3)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，主要應(yīng)用采樣系統(tǒng)理論：*采樣定理——因?yàn)樗械挠?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都是根據(jù)過程變量在離散時刻的值來工作的，對于一個連續(xù)信號，以多大的速率對其采樣，所得到的離散值能夠反映出被采樣的連續(xù)信號的特性？*奈奎斯特(Nyquist)最早探討了其關(guān)鍵問題，證明了要想把正弦信號從它的采樣值復(fù)現(xiàn)出來，就必須對正弦信號每周期內(nèi)至少采樣兩次。*1949年香農(nóng)(Shannon)在香農(nóng)采樣定理中完全解決了這個問題，為理解離散時間系統(tǒng)所產(chǎn)生的某些現(xiàn)象提供了基礎(chǔ)。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)

*差分方程——采樣系統(tǒng)理論的最初起源與某些特殊控制系統(tǒng)的分析有關(guān)。奧爾登伯格及薩托里厄斯于1948年對落弓式檢流計(jì)的特性所作的研究，就是對采樣系統(tǒng)理論的最早貢獻(xiàn)之一。已經(jīng)被證明，用差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)理論中的微分方程，通過分析一個線性時不變的差分方程可以理解系統(tǒng)的許多特性。采樣數(shù)據(jù)分析理論與數(shù)值分析密切相關(guān)。積分可用數(shù)值求和來近似計(jì)算。許多優(yōu)化問題都能夠用差分方程來描述。普通微分方程就是通過差分方程來近似積分的。如，數(shù)值積分算法中的步長調(diào)整算法就可以視為一個采樣數(shù)據(jù)控制問題。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(5)現(xiàn)代控制策略：（1）自適應(yīng)控制

——針對對象特性的變化、漂移和環(huán)境干擾對系統(tǒng)的影響而提出來的，其基本思想是通過在線辨識使這種影響逐漸降低乃至消除。

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)場合和比較復(fù)雜的生產(chǎn)過程。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(6)（2）變結(jié)構(gòu)控制

——是一類特殊的非線性控制，其“結(jié)構(gòu)”不是指系統(tǒng)本身的物理結(jié)構(gòu)，而是系統(tǒng)在狀態(tài)空間中的狀態(tài)軌跡的總體幾何性質(zhì)，與其他控制策略的區(qū)別在于系統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)”并不固定，而是可以在動態(tài)過程中根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時的狀態(tài)，以躍變的方式有目的地不斷變化，迫使系統(tǒng)按預(yù)定的“滑動模態(tài)”的狀態(tài)軌跡運(yùn)動。優(yōu)點(diǎn)：在于它具有快速響應(yīng)、對參數(shù)及外擾變化不靈敏、無需系統(tǒng)在線辨識，物理實(shí)現(xiàn)簡單。缺點(diǎn)：但設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，且在狀態(tài)軌跡到達(dá)滑模平面后，難以嚴(yán)格沿著滑模面向平衡點(diǎn)滑動，而且在滑模面兩側(cè)來回穿越，產(chǎn)生顫動，這些限制了它的應(yīng)用。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(7)（3）魯棒控制

——指系統(tǒng)的某個性能或某個指標(biāo)在某種擾動下保持不變的程度（或?qū)_動不敏感的程度）。其基本思想在設(shè)計(jì)中設(shè)法使系統(tǒng)對模型的變化不敏感，使控制系統(tǒng)在模型誤差擾動下仍能保持穩(wěn)定，品質(zhì)也能在工程所能接受的范圍內(nèi)。魯棒控制主要有代數(shù)方法和頻域方法，前者的研究對象是系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣或特征多項(xiàng)式，討論多項(xiàng)式族或矩陣族的魯棒控制；后者是從系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣出發(fā)，通過使系統(tǒng)由擾動至偏差的傳遞函數(shù)矩陣H∞的范數(shù)取極小，來設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制規(guī)律應(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。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(8)（4）預(yù)測控制

——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)頭腦中對外部世界的了解，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)測控制的各種算法是建立在模型預(yù)測——滾動優(yōu)化——反饋校正等三條基本原理上的，其核心是在線滾動優(yōu)化。這種“邊走邊看”的滾動優(yōu)化控制策略可以隨時顧及模型失配、時變、非線性或其他干擾因素等不確定性，及時進(jìn)行彌補(bǔ)，減少偏差，以獲得較高的綜合控制策略。預(yù)測控制集建模、優(yōu)化和反饋于一體，三者滾動進(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，國外已有商品化的預(yù)測控制軟件包。缺點(diǎn)是在建模中未充分利用過程的知識，且計(jì)算耗時、工作量大。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(9)智能控制策略：（1）模糊控制

——用語言歸納操作人員控制策略，運(yùn)用語言變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象精確的模型，只要求將現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)和非數(shù)據(jù)總結(jié)成較完善的語言控制規(guī)則，因此它能繞過對象的不確定性、不精確性、噪音以及非線性、時變性、時滯等影響。模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，尤其適用于非線性、時變、滯后系統(tǒng)的控制。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(10)（2）專家控制

——可以看成是對一個“控制專家”在解決控制問題或進(jìn)行控制操作時的思路、方法、經(jīng)驗(yàn)、策略的模擬。專家控制器有三個基本模塊：

*用于觀察、檢測系統(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模塊；

*存放專家控制經(jīng)驗(yàn)和知識的控制規(guī)則集模塊。專家控制對許多工業(yè)過程的應(yīng)用頗為有效，但理論相對并不完善，沒有形成有普遍意義的理論體系和設(shè)計(jì)方法。2、新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(11)（3）神經(jīng)控制

——是一種模擬腦神經(jīng)的結(jié)構(gòu)和思維、判斷等腦功能的信息處理系統(tǒng)。目前在實(shí)際應(yīng)用上還有困難，但它是一種很有前途的方法。（4）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，將待求解的問題轉(zhuǎn)換成由個體組成的演化群體和對該群體進(jìn)行操作的一組遺傳算子，整個系統(tǒng)按照“物競天擇，適者生存”的原則，經(jīng)歷生成—評價(jià)—選擇—操作的演化過程反復(fù)進(jìn)行直至搜索到最優(yōu)解。由于實(shí)時性較差，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用較少。3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件技術(shù)的新發(fā)展

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件技術(shù)也吸取了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新成果，將其應(yīng)用于工業(yè)過程和設(shè)備控制，從而支持控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。（1）分布對象計(jì)算是