計(jì)算機(jī)檢測和控制

計(jì)算機(jī)檢測和控制系統(tǒng)常由多臺(tái)設(shè)備組成 ，這些設(shè)備之間通過總線互相聯(lián)接?？偩€規(guī)定了接口標(biāo)準(zhǔn)以保證設(shè)備互聯(lián)的兼容性。國際常用的標(biāo)準(zhǔn)有兩種:一種是美國電氣和電子工程師學(xué)會(huì)IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)。其特點(diǎn)是簡單緊湊 ，適用于小型系統(tǒng) 。另 一 種是計(jì)算機(jī)自動(dòng)測量和控制系統(tǒng)即CAMAC系統(tǒng)。該系統(tǒng)原由英國原子能研究機(jī)構(gòu)開發(fā)和采用 ，后被美 國電氣和電子工程師學(xué)會(huì)接受，成為IEEE-583標(biāo)準(zhǔn)。其特點(diǎn)是容納的設(shè)備多，地理分布廣，數(shù)據(jù)精度高，適用于大型的計(jì)算機(jī)檢測和控制系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)控制的一種特殊形式。如果系統(tǒng)不存在干擾源，受控參數(shù)就不會(huì)偏離設(shè)定值，因而無需反饋，也不存在誤差信號(hào)。這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)，代替控制法則的是事先編好的一段程序。它通過作動(dòng)器使受控參數(shù)按所預(yù)定的規(guī)律變化。因此這樣的控制方式被稱為程序控制 ，它在計(jì)算機(jī)輔助制造中廣泛應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床就是一例。程序有時(shí)是很復(fù)雜的，需要用計(jì)算機(jī)編制。這種程序也常是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的產(chǎn)物。

試驗(yàn)和生產(chǎn)過程所產(chǎn)生和需要的數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)檢測的對象，具有明確的實(shí)時(shí)性。純粹的計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)不發(fā)出改變被測環(huán)境的命令，也沒有相應(yīng)的硬件。檢測要經(jīng)過數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)的記錄、整理和提供兩大步驟:

在試驗(yàn)和生產(chǎn)過程中各種傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)大多以模擬量的電流或電壓表示對于模擬量數(shù)據(jù)采集，各傳感器輸出信號(hào)的形式和幅度很不一致，所以要用信號(hào)調(diào)節(jié)器將它們轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的形式和適當(dāng)?shù)姆确秶Ｐ盘?hào)調(diào)節(jié)器為傳感器提供激勵(lì)源，并具有放大、平衡、補(bǔ)償、濾波、校驗(yàn)等功能。多路轉(zhuǎn)接器在計(jì)算機(jī)控制下按一定的次序?qū)?n個(gè)輸入數(shù)據(jù)通路逐個(gè)地與模數(shù)轉(zhuǎn)換器接通，將各該通路的模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)。多路轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換開關(guān)常用繼電器或場效應(yīng)晶體管構(gòu)成。

對于狀態(tài)判別數(shù)據(jù)，例如一個(gè)容器是空的還是滿的，一個(gè)開關(guān)是通的還是斷的，水位是否達(dá)到規(guī)定的高度等開關(guān)量的采集，只需1 位二進(jìn)碼表示。經(jīng)過信號(hào)調(diào)節(jié)器和狀態(tài)判別電路，每個(gè)狀態(tài)判別數(shù)據(jù)按判別的結(jié)果將寄存器中對應(yīng)的觸發(fā)器置"1"或置"0"。有些狀態(tài)參數(shù)需要在一定的時(shí)間內(nèi)記錄狀態(tài)變換的次數(shù)(脈沖量)，這時(shí)可以利用計(jì)數(shù)器先進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)算機(jī)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候提取寄存器和計(jì)數(shù)器的內(nèi)容 。通過寄存器也可以將數(shù)字量的數(shù)據(jù)如數(shù)字電壓表的測量值等送入計(jì)算機(jī)。

計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)還能采集傳感器的校準(zhǔn)信息，對傳感器測出的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行修正。它還能進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑和數(shù)據(jù)監(jiān)視，并根據(jù)可測參數(shù)的測量數(shù)據(jù)推算出不能直接測量的一些重要參數(shù)，例如產(chǎn)品合格率、成本、能源利用率、參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布等的值，并及時(shí)地用多種形式提供給操作人員參考。

包括控制回路、PID算法、前饋控制法、多變量控制法、自適應(yīng)控制法和推算控制法等。

在一個(gè)復(fù)雜過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，受控參數(shù)通常由一個(gè)控制回路控制。控制回路的性能在很大程度上取決于控制法則?？刂品▌t又取決于描述該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和實(shí)時(shí)解算能力。早期的控制器都以模擬量為基礎(chǔ)，所以控制法則和數(shù)學(xué)模型受到較大的限制。數(shù)字計(jì)算技術(shù)在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用使控制法則和數(shù)學(xué)模型擺脫了模擬量本質(zhì)上的局限性，使模擬量不能實(shí)現(xiàn)的許多控制方法得以實(shí)現(xiàn)。

PID算法，即比例--積分--微分三 模式算法，是早期就發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用的一種控制法則。PID算法不一定要求很復(fù)雜的硬件。早期的PID控制器都用簡單的模擬電路來實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)60年代初，由于數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，PID 算法已能由計(jì)算機(jī)對多個(gè)控制回路進(jìn)行分時(shí)采樣和計(jì)算實(shí)現(xiàn)。發(fā)展到80年代，利用超大規(guī)模集成電路制成的控制器不但可以實(shí)現(xiàn) PID控制，還可以實(shí)現(xiàn)其他的控制功能。

某些干擾對受控參數(shù)的影響是可以預(yù)計(jì)的。這時(shí)若在反饋回路中將干擾量送進(jìn)控制器，控制器就能從干擾量送來的信息中提前計(jì)算出作動(dòng)器的輸入量，以彌補(bǔ)反饋控制響應(yīng)的不足，減小受控參數(shù)的偏離值。這個(gè)方法對于抑制大的干擾有很好的效果，而且用數(shù)字技術(shù)不難實(shí)現(xiàn)。

在一個(gè)復(fù)雜過程的環(huán)境中有許多個(gè)受控參數(shù)，它們分別由各自的閉環(huán)回路控制。由于某些受控參數(shù)?；楦蓴_，因此閉環(huán)回路之間并不都是互相獨(dú)立的。當(dāng)兩個(gè)閉環(huán)回路互相耦合時(shí)可能導(dǎo)致不穩(wěn)定而失控。多變量控制法的目的就是解決受控參數(shù)之間互為干擾的問題。采用數(shù)字計(jì)算技術(shù)有可能解決這個(gè)問題。

自適應(yīng)控制的特征是控制法則隨著受控過程的變化而變化，以適應(yīng)受控過程的進(jìn)展情況而得到理想的效果。選取什么參數(shù)，并按什么規(guī)律改變控制法則是很復(fù)雜的問題。自適應(yīng)控制法還處于研究階段。

某些受控參數(shù)不能用直接測量的方法獲得，這時(shí)可以利用其他可測參數(shù)建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型 ，通過推算而得到受控參數(shù)的值，并據(jù)此采取相應(yīng)的控制措施。推算控制法還可與自適應(yīng)控制法結(jié)合使用。

將計(jì)算機(jī)檢測和控制技術(shù)局限于只為操作人員提供參考情況而不進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式，或是由于技術(shù)上的原因，如城市污染的控制還做不到自動(dòng)控制;或是由于安全方面的考慮，如病人的身體狀況只能監(jiān)控;或是由于其他非技術(shù)的原因，如戰(zhàn)略導(dǎo)彈的發(fā)射控制只能監(jiān)控。在一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中很多局部環(huán)節(jié)仍然可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制。監(jiān)控系統(tǒng)甚至也可以對決定性的環(huán)節(jié)提出一個(gè)或幾個(gè)解決方案，但是決定性的行動(dòng)最終還必須由操作人員采取。