計算機控制系統論文
計算機控制系統包括硬體、軟體和控制演算法3個方面,一個完整的設計還需要考慮系統的抗干擾性能,使系統能長期有效地執行。下面是小編為大家整理的，供大家參考。
篇一
《 計算機控制系統進展研究 》
摘要:本文簡要介紹了計算機控制系統CCS硬體以及軟體方面的發展歷史、現狀和發展趨勢。
關鍵詞:計算機控制系統;現狀;發展趨勢
1引言
計算機控制系統Computer Control System，簡稱CCS是應用計算機參與控制並藉助一些輔助部件與被控物件相聯絡，以獲得一定控制目的而構成的系統。在CCS問世之前，工業生產中的動態系統的控制和調節是由自動控制中常規控制裝置完成的，但在CCS中，動態系統的控制和調節是由數字計算機完成。由於數字計算機具有傳送、採集、存貯、處理大量資料的能力，同時它集最新的計算機技術、網路通訊技術和控制技術於一身，從而使自動控制系統有了質的飛躍。目前，CCS在現代化工業控制系統中扮演者越來越重要的角色。
2 CCS的發展歷史及現狀
計算機控制系統由控制部分和被控物件組成，其控制部分包括硬體部分和軟體部分，下面對CCS的硬體部分和軟體部分的發展歷史和現狀簡要介紹一下。
2.1 CCS的的硬體型別和現狀[1-2]
160年代末，由於生產控制自動化的需要，出現了集中控制系統。在集中控制系統中，計算機開始發揮它的控制功能，它能夠計直接根據給定值、過程變數和過程中其它的測量值,通過PID運算,實現對執行機構的控制,以使被控量達到理想的工作狀態，這種控制系統即常說的直接數字控制DDC系統[3]。DDC控制系統具有以下三個方面的優點：1能夠行使更復雜的控制功能;2控制功能的靈活性大大提高;3具有豐富的顯示和資料處理功能。但是這種系統也有一個非常大的缺點，那就是由於系統是由一臺計算機控制，一旦出現故障，整個系統就會停止執行，造成十分嚴重的後果。它的這個缺點也限制了其進一步的推廣應用。
270年代，大規模積體電路開始廣泛應用，這為集散控制系統的出現奠定了基礎。在1975年，美國Honeywell公司首先推出了以微處理器為基礎的TDC-2000型總體分散型控制系統,也叫做集散控制DCS系統。DCS是以微處理器為基礎的對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統。DCS的出現在控制系統的變革中具有里程碑式的意義，它具有以下優點：1系統構成靈活;2操作管理便捷;3控制功能豐富;4資訊資源共享;5安裝、除錯方便;6安全可靠性高。正是因為DCS具有上述的優點，所以在工業自動化生產中得到了廣泛的應用。
3隨著微處理器的發展,20世紀80年代出現了品種繁多的高智慧化的單/多回路調節器，SCC系統是四川儀表十八廠消化吸收國外技術的基礎上開發的小型分散系統,並於1991年投入使用,該系統價格低廉,但在通訊距離和實時性方面有待改善。以單/多回路調節器為基礎的計算機監督控制系統具有高可靠性,即使計算機發生故障,各個迴路調節器仍然可不受影響而獨立工作,不會影響生產。
4在20世紀90年代，隨著現場匯流排技術與智慧儀表管控一體化儀表調校、控制組態、診斷、報警、記錄的發展，這種開放型的工廠底層控制網路構造了新一代的網路整合式全分佈計算機控制系統，即現場匯流排控制系統FCS。FCS具有以下技術特點：1.系統的開放性;2.互可操作性與可用性;3.現場裝置的智慧化與功能自治性;4.系統結構的高度分散性;5.對現場環境的適應性。現場匯流排系統採用現場匯流排作為系統的底層控制網路，溝通生產過程中現場儀表、控制裝置以及更高控制管理層次之間的聯絡，相互之間可以直接進行數字通訊。作為新一代的控制系統，一方面FCS突破了DCS採用專用通訊網路的侷限，採用了給予開放式、標準化的通訊技術;另一方面FCS進一步變革了DCS的系統結構，形成了全分散式的系統構架，把控制功能徹底下放到現場。FCS被稱為21世紀的工業控制網路標準。
2.2 CCS的的軟體型別和現狀[4-6]
計算機控制系統軟體包括系統軟體和應用軟體。系統軟體一般包括作業系統、語言處理程式和服務性程式等，它們通常由計算機制造廠為使用者配套，有一定的通用性。應用軟體是為實現特定控制目的而編制的專用程式，如資料採集程式、控制決策程式、輸出處理程式和報警處理程式等。它們涉及被控物件的自身特徵和控制策略等，由實施控制系統的專業人員自行編制。下面重點介紹一下應用軟體。
1基於PC匯流排的控制系統應用軟體
這是一類在工業生產中運用較早的控制系統應用軟體，其相應的軟體分為通用的開發軟體和專用的工控組態軟體。通用的開發軟體工具數量較多，包括:BORLAND、C++,M C++,VB和DELPH I等,用於W INDOW S平臺。而專用的工控組態軟體數量卻不多，主要是因為開發這樣的軟體投資較大。
2基於各種PLC控制系統的應用軟體
這類控制系統應用軟體具有卓越的價效比，因此在工業控制中得到廣泛應用。在使用該系統時需要兩套相應的軟體：上位機軟體和下位機軟體。上位機軟體種類很多,如INTELLUTION FIX、INTOUCH等,這些軟體可以在多種不同的PLC產品中應用。下位機軟體一般與PLC硬體對應,不同的PLC有不同的下位機軟體。通常使用一種叫梯形圖的控制軟體。
3DCS控制系統組態軟體[7]
目前，市場上應用的DCS控制系統組態軟體主要是由Honeywel公司和英國歐陸生產。這類軟體具有強大的組態功能,如SFC,FBD和梯形圖軟體。最重要是,其均有1個上下位機統一的資料表,因此可根據不同的控制要求,採用最合適的組態程式設計方式,而變數可在不同的組態程式設計環境中直接引用,使用起來非常方便。
3.CCS的發展趨勢
進入21世紀，由於計算機硬體和軟體技術的迅猛發展，CCS也出現了新的發展方向，其主要表現在以下兩個方面：
1控制系統向網路化發展
現場級網路技術成功的將所有的網路介面移到了各種儀表單元，使儀表單元均具有了直接的通訊功能，這就使得網路延伸到控制系統的末端。在原有控制系統網路結構的基礎上，結合這一網路技術，就實現了完成最基本控制任務的底層到完成優化排程工作的最高層的網路優化連線。
2控制系統走向系統扁平化
現場級網路技術的發展使每個網端可以容納不同迴路系統的現場級裝置和儀表單元,同時，不同的網端還可以通過網橋相互連線,這樣就大大提高了現場級網路的連線能力，從而使計算機控制系統的結構發生了明顯變化,逐步形成兩層網路的系統結構。上層負責完成高層管理功能, 底層負責完成所有具體的控制任務,這樣的系統簡化了系統的結構和層次,縮短了上層控制任務到下層單元實施過程,實現了較大規模的資訊交換公共平臺,加強了上層子系統與下層子系統或單元之間的聯絡。
綜上所述,由於計算機技術硬體技術和軟體技術的發展，使得計算機控制系統的控制能力越來越強，從而大大提高了生產效率，縮短了生產週期，節約了生產成本，從而使得計算機控制系統在工業生產中的應用越來越廣泛。
參考文獻
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篇二
《 計算機控制技術教學探索 》
摘要：計算機控制技術課程是電氣資訊類工科專業的主幹專業課之一，對其課程教學實踐進行探索是十分必要。針對計算機控制技術課程的特點，從實驗教學、課程設計及其他實訓環節的內容進行了探討，採用靈活多樣方式進行實踐教學改革，培養學生獨立分析和解決問題的能力，為深化教學改革進行了有益的嘗試，獲得良好的教學效果。
關鍵詞：計算機控制技術實踐教學課程建設教學研究
Abstract: the course of computer control technology in electric information engineering major is one of main professional courses, the teaching practice exploration is very necessary. In the course of computer control technology characteristics, from the experimental teaching, curriculum design and other aspects of practice and probes into the contents, adopting flexible mode of practice teaching reform, the cultivation of students' independent ability to analyze and solve problems, in order to deepen the teaching reform had beneficial attempt, obtained the good teaching effect.
Key words: computer control technology practice teaching construction and teaching research
中圖分類號：G420文獻標識碼：A文章編號：2095-21042012
隨著科學技術的不斷髮展，在工農業生產的諸多領域中，人們廣泛地使用計算機作為控制器來實現自動控制系統。計算機控制技術是融合了計算機技術和自動控制理論後發展起來的理論性和實踐性很強的一門交叉學科，它是高等學校中自動化、電氣工程及其自動化等專業的一門重要的專業主幹課程。學習本課程應從工程技術角度出發，要注重理論與應用結合、設計與實現結合，注重系統性和實用性，要求學生通過本課程的學習掌握如何利用計算機控制生產過程的基本原理，並基本掌握計算機控制系統的分析設計與實現方法及計算機在工業過程控制應用中的各種技術。本課程的特點是理論和實踐是密切聯絡的，由於本課程的這種特點，使得學生在課堂學習階段很難領悟計算機控制技術的精髓，並將其應用於工農業的生產過程。計算機控制技術是一門實踐性極強的應用性學科，本課程實踐教學是幫助學生學好這門課程的一項重要手段。
一、目前課程教學中普遍存在的問題
學生在完成計算機控制技術課程學習之後，一般應掌握本課程介紹的基本原理，完成簡單計算機控制系統的設計、安裝、程式設計和除錯工作。但是，大部分學生在學完該課程後，仍無法完成計算機控制系統的設計、安裝、除錯工作，主要存在以下幾個方面問題：
1計算機控制技術是一門多學科、多課程相關、實踐性強的課程。目前的計算機控制技術教材，在內容設定上或是偏重於理論分析或是以微控制器和其他介面晶片為基礎，討論系統的構成和相應的應用軟體設計開發的一般步驟，按這類教材組織教學，學生難以在規定的課時內全面掌握該課程的主要內容，從而制約了學生應用課程知識解決實際問題的能力。
2學生缺乏面向工程實踐的機會，學生能學好課程的書本內容，通過課程理論考核沒有問題。但是一旦遇到實際問題，他們往往不能從問題本身出發，而從書本出發，導致難以綜合運用解決實際問題。
3理論教學、實驗教學等實踐環節不能有機結合。有的高校實驗條件差，實驗教學主要以驗證性、演示性實驗為主，缺乏綜合性操作訓練專案，實踐學時少等極大限制學生實踐能力的提高。課堂理論教學過程枯燥，學習效果差。
二、實踐教學的探索
目前社會對高等學校工科專業畢業生的知識能力和素質結構，尤其是實踐動手能力、工程意識與創新思維的培養方面提出了新的要求，原有的實踐教學模式已不能培養符合現代經濟發展與市場經濟需求的生產技術應用型人才，很多高校傳統的實踐教學都是附屬於理論課而設定的實驗、實習和課程設計。近年來高校擴招後高等教育向大眾化發展，學生面臨著較大的就業壓力，直接反映在畢業生就業方面，要擺脫所面臨的困境，就必須培養社會所需要的實踐能力強、真正具有工程意識和一定創造性的應用型人才。
加強計算機控制技術課程實踐教學的探索很有必要。下面從實驗教學、課程設計和其他的實訓輔助教學環節出發，探討如何提高課程實踐環節的教學質量，調動學生學習的積極性，提高學生的實踐能力，培養了學生的創新精神。
2.1 實驗教學的探索
實驗是培養理論聯絡實際、動手能力、嚴謹的科學態度和科學研究方法的重要手段，因此多數學校選擇了最基礎的且有較高實用價值的實驗專案。然而一些實驗內容又多是驗證性的，專業所需的實踐能力、工程意識與創新精神得不到系統的培養與訓練。2.2 課程設計教學之探索
計算機控制技術的課程設計是本課程教學中的一項重要內容，是完成教學計劃達到預期教學目標的重要環節，是教學計劃中綜合性較強的教學環節，它對幫助學生全面深入地掌握課程教學內容、培養學生理論聯絡實際的能力、提高學生全面素質具有很重要的意義。本課程設計的目的是通過解決某個實際問題，鞏固和加深計算機控制技術課程中所學的理論知識解決實際問題的能力，基本掌握計算機控制系統的一般設計方法，提高計算機控制系統的設計和分析能力，為以後從事生產和科研工作打下一定的基礎。
目前多數學校在課程設計時採用的方法是在計算機控制實驗裝置的基礎上，完成一些綜合性較強的系統設計題目，比如在TD-ACC計算機控制實驗系統上可以完成基於8088微處理器的直流電機閉環調速控制系統設計和實現、溫度閉環控制系統設計和實現等設計課題。缺點是系統的框架固定，可選範圍有限。
針對課程設計，我們擬以微控制器為控制器完成計算機控制系統的設計，融合Matlab和Protues等軟體。利用Matlab在建立控制系統模型的優勢，以Matlab軟體作為課程設計的理論模擬平臺，加深學生對計算機控制理論的理解和應用。另一方面，在Proteus平臺和Keil軟體的支援下，學生可以完成系統從晶片選擇、電路設計、程式編寫、除錯、模擬執行的整個過程，可以鍛鍊學生解決問題的能力。因此我們設計了基於Protues的微控制器步進電機控制系統設計、倉庫溫溼度控制系統設計、加熱爐溫度控制系統設計等課程設計課題，作為對原有課題的補充，解決了原有實物設計系統的不足，拓寬了課程設計範圍。
2.2 重視輔助實訓環節的探索
高等工科學校是培養社會所需要的有一定理論知識、實踐動手能力強、具有工程意識和一定創造性的高等技術應用型人才，因此，要完成這一培養目標，我們就必須重視實訓環節。我們學院不斷加強實踐教學與管理改革，創立了創新實訓基地，以綜合、設計創新實訓為主，實訓形式豐富多樣，有綜合性設計、計算機模擬、創新設計、實物製作與競賽，並不斷加強實訓基地和課程教學的聯絡，目前實訓基地已經有專人管理，走上了規範化的教學管理軌道。
為配合本課程，我們學院組織一些動手能力強、有興趣的同學成立實訓小組，利用課餘時間進行培訓，指導教師只給出訓練專案的基本要求、所要實現的功能和效能指標，系統設計、元件選用、PCB板製作、焊接工藝和電路除錯等環節，均由學生獨立完成，以加強學生的工程意識與實際應用能力，並要求學生對一些課題的設計製作具有創新性。學生還通過到產學研結合的企業實習、參與教師所承擔的工程課題工作等，進一步培養學生的工程應用能力，如完成智慧溫度閉環控制系統設計、迴圈溫度檢測儀等專案。儘管這種形式靈活的環節目前面向的學生人數不是很多，但是結出了甜美的果實。經實訓基地訓練的一批學生獲得了優良成績，我院學生於近幾年連續在全國大學生電子設計等競賽中獲獎。
三、結束語
通過對計算機控制技術課程教學過程中存在的問題進行探討，我們認識到實踐教學環節在本課程教學中的重要作用，在具體實施實驗教學、課程設計教學和其他輔助實訓教學等方面做了一些探討，在教學實踐過程中積累了一些經驗，取得了較好的教學效果。重視計算機控制技術課程實踐改革，可以提高課程實踐環節的教學質量，激發學生的學習興趣，提高學生的實踐能力，培養其創新精神。同時，我們發現提高教學質量和學生的學習效果、培養學生獨立動手能力和分析解決問題的能力，是一個值得我們不斷研究的課題。我們在實際教學中尚存在一些問題和不足，希望在今後的教學研究和教學實踐中，可以進一步探索出更好的方法，提高學生理論聯絡實際的能力。
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