[拼音]：jisuanji jiance he kongzhi

[外文]：computer detection and control

将计算机用于试验、生产或类似的过程中进行数据检测和操作控制的技术。计算机检测和控制能提高产品的质量和产量，降低原材料和能源的消耗，改善劳动条件和保证操作安全。

为了有效地实现控制，不论是人工系统还是自动化系统，一般都由两部分组成：一部分获取足够的信息;另一部分作出判断实现控制。所谓信息指的是受控对象和环境的基本数据和变量。在自动化程度较高的系统中，检测和控制通过计算机建立相互的实时联系。计算机反应快、计算准确并能容纳大量的信息，所以有人工系统无法比拟的效果。

试验和生产过程所产生和所需要的数据是计算机检测的对象，具有明确的实时性。计算机检测系统不发出改变被测环境的命令，也没有相应的硬件。

在试验和生产过程中，各种传感器产生的数据大多以模拟量的电流或电压表示（图1）。传感器输出信号的形式和幅度很不一致，所以需要用信号调节器将它们转化为统一的形式和适当的幅度范围。信号调节器为传感器提供激励源，并且具有放大、平衡、补偿、滤波、校验等功能。多路转接器在计算机控制下按一定的次序将 n个输入数据通路逐个地与模-数转换器接通，将该通路的模拟数据转换成数字量送入计算机。多路转换器的转换开关常用继电器或场效应晶体管构成。

对于状态判别数据，例如一个容器是空的还是满的，一个开关是通的还是断的，水位是否达到规定的高度等开关量，只需要1位二进码表示。图2是采集这类开关量数据的典型框图。每个状态判别数据对应于寄存器中的一位触发器。按判别的结果将寄存器中对应的触发器置“1”或置“0”。有些状态参数需要在一定的时间内记录变换状态的次数（脉冲量）。这时可以利用计数器先进行计数。计算机在适当的时候提取寄存器和计数器的内容。寄存器将数字量的数据如数字电压表的测量值等送入计算机。

在人工系统中，试验和生产过程的大量数据由人工记录或由笔绘记录仪画成曲线，这样记录下来的数据不便于阅读、分类、编排、检索和换算。计算机检测系统在采集数据的同时还能采集传感器的校准信息，对传感器测出的数据自动进行修正。它还能进行数据平滑和数据监视，并根据可测参数推算出不能直接测量的一些重要参数，例如产品合格率、成本、能源利用率、参数的统计分布等，并及时用多种形式提供给操作人员参考。

计算机检测系统不需要人工系统中所用的大面积的仪表板和成百上千的仪表，只利用通用的输出设备就能在需要的时刻选择需要的内容和方式提供信息。对于以模拟量表达的数据，例如控制回路设置点的电压等，由一个输出寄存器和数-模转换电路提供。

计算机控制包括控制回路、PID算法、前馈控制法、多变量控制法、自适应控制法和推算控制法。

在一个复杂过程的自动控制系统中，受控参数通常由一个控制回路控制（图3）。以蒸汽锅炉的水位控制回路为例，受控参数是锅炉内的水位，传感器是测量水位的某种装置，其输出信号已经将水位转换成电压M，而锅炉蒸汽输出量的变化和燃烧温度的变化等都是干扰。作动器是具体执行控制的部件，这里是锅炉的进水阀。设置点的电压S 相当于人们所期望的水位高低。当M和S不相等时，比较器的输出为E=S-M，称为误差信号。将误差信号按一定的控制法则加以处理后，产生一个驱动量U 以驱动作动器，使水位向S 所规定的位置变化，使E趋向于小值。当干扰促使受控参数偏离设置值时，控制回路即自动进行控制，以纠正偏差，使受控参数恢复到设定值。图3中的虚线范围为控制器。受控参数不断向控制器反馈，所以称为反馈控制或闭环控制，亦称闭环回路。在复杂的闭环回路中，大环中还有小环，构成多环回路。

控制回路的性能在很大程度上取决于控制法则。控制法则又取决于描述该系统的数学模型和实时解算能力。早期的控制器都以模拟量为基础，所以控制法则和数学模型受到很大的限制。数字计算技术在控制系统中的广泛应用使控制法则和数学模型摆脱了模拟量本质上的局限性，使模拟量所不能实现的许多控制方法得以实现。

PID算法，即比例-积分-微分三模式算法，是早期发展的一种控制法则

式中右边第一项为比例输出项，它是构成输出的主要成分。第二项为积分输出项，它能消除比例输出项所要求的补偿性误差。第三项为微分输出项，它能改善系统的响应时间。PID算法不一定要求很复杂的硬件。60年代初，由于数字技术的发展，PID算法已能由计算机对许多数字式控制?鞣质辈裳图扑闶迪帧Ｊ质娇刂破髋浔复娲⑵骱吐呒考逊⒄钩晌杀喑绦虻目刂破鳎岣吡送ㄓ眯院土榛钚裕┐罅斯δ堋?

某些干扰对受控参数的影响是可以预计的。这时若在反馈回路中将干扰量送进控制器，控制器就能从干扰量送来的信息中提前计算出作动器的输入量，以弥补反馈控制响应的不足，减小受控参数的偏离值。这个方法对于抑制大的干扰有很好的效果，而且用数字技术不难实现。

在一个复杂过程的环境中有许多个受控参数。它们分别由各自的闭环回路控制，由于某些受控参数常互为干扰，因此闭环回路之间并不都是互相独立的。当两个闭环回路互相耦合时可能导致不稳定而失控。多变量控制法的目的就是解决受控参数之间互为干扰的问题。采用数字计算技术有可能解决这个问题。

自适应控制的特征是控制法则随着受控过程的变化而变化，以适应受控过程的进展情况而得到理想的效果。例如 PID算法中的比例因子随受控过程的某个参数变化的非线性控制器，即属于这种类型。选取什么参数，并按什么规律改变控制法则是很复杂的问题。自适应控制法虽已开始用于实践，但还处于研究阶段。

某些受控参数不能用直接测量的方法获得，这时可以利用其他可测参数建立适当的数学模型，经过推算而得到受控参数的值，并且据此采取相应的控制措施。推算控制法还可以与自适应控制法结合使用。

计算机控制的一种特殊形式。在图3中如果不存在干扰源，受控参数就不会偏离设定值，因而无需反馈，也不存在误差信号。这样的系统称为开环控制，代替控制法则的是事先编好的一段程序。它通过作动器使受控参数按所预定的规律变化。因此这样的控制方式也称为程序控制，程序控制在计算机辅助制造中得到广泛的应用。数控机床就是一例，程序有时是很复杂的，需要用计算机编制，这种程序也常是计算机辅助设计的产物。

一切将计算机检测和控制技术局限于只为操作人员提供参考情况，而不进行自动控制的系统。采用计算机监控方式，或是由于技术上的原因，如城市污染的控制还作不到自动控制；或是由于安全方面的考虑，如病人的身体状况只能监控；或是由于其他非技术的原因，如战略 的发射控制只能监控。在一个监控系统中很多局部环节仍然可以利用计算机进行自动控制。监控系统甚至也可以对决定性的环节提出一个或几个解决方案，但是决定性的行动最终还必须由操作人员采取。

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