微电脑监控系统概述-研发处.DOC

第10章 微電腦監控系統概述 俞克維 編輯 第一節 基本概念 凡有微型計算機參與生產過程的監視、監測和控制管理的系統都可叫做微電腦監控系統。計算機參與生產過程控制有開環控制和閉環控制兩類方式。在開環控制中，系統的輸出量不會自動地對系統起控制作用，計算機的計算結果僅作為指導生產的參考，而生產過程本身的控制尚須由人工干預實施。因此，開環控制又叫做離線控制。在數控機床、高爐煉鐵和轉爐煉鋼等生產實踐中，開環控制得到廣泛應用。在閉環控制中，系統的輸出量對控制作用有直接影響，計算機的計算結果，直接用來改變調節器的設定值，或者直接用來控制調節閥等執行機構，生產過程的控制無需人工干預即可完成，操作人員最多僅參與設定值的決定。因此，閉環控制又叫在線控制。在各種工業過程控制中，閉環控制的應用十分廣泛。 在微電腦監控系統中，計算機作為一個監控環節，是數字元件，其輸入輸出為數字信號；而被監控對象往往是模擬元件，其輸入輸出是模擬信號，信號傳遞必須經過信號變換。因此，需要在系統中配備數位/類比(D/A)轉換器將離散數宇信號變換成連續模擬信號和類比/數位(A/D：變換器將連續模擬信號變換成離散數字信號。連續和離散是就過程的時間性而言的。如果離散時間間隔很短，以致它對系統性能影響很小，這時可按模擬系統來分析和綜合這類監控系統，即按連續處理訊號的方式對待，這類系統通常又叫連續數字控制系統。如果離散採樣間隔已成為控制系統的重要參數，這時只能用離散時間系統的方法來分析和綜合。因這類系統按採樣信號進行控制，並未考慮採樣周期中的條件變化，這類系統也叫做採樣數據控制系統或脈衝數據控制系統。 就監控系統所承擔的任務而言，可根據設定值的性質劃分為恆值調節，伺服控制和程序控制三大類。在調節間題中，設定值為零或恆定不變，控制作用主要是克服擾動的影響，以使系統輸出保持不變，或者在因擾動影響而使輸出偏離設定值後，使其盡快地恢復到原有值。過程控制中大量採用了恆值調節系統。在伺服問題中，設定值由外部確定，它往往是未知的時間函數，控制作用是使系統輸拙及時而準確地跟蹤設定值的變化。工業和軍事中的各種跟蹤系統都是伺服控制系統。在程序控制問題中，設定值是一個已知的時間函數，變化有規律。程序控制系統多用於工業鍋爐、乾燥設備和周期性工作的加熱設備中。 在分析和綜合設計一個微電腦監控系統時，關鍵的問題是要找到一個由計算機實現的控制規律，選擇和獲取控制算法，一般採用的控制策略有： 1．程序控制 在一些工業生產過程中，要求被控量按預先規定的時間函數變化。為此，被控量的設定值也必須按此時間函數進行設置，這就是程序控制。如：罩式退火爐和單晶爐的爐溫控制。 2?順序控制 　 在某些工業生產過程中，尤其是在衝壓、注塑、輕紡和制瓶等這樣的斷續生產過程中，其操作都按一定順序、有規律地進行。對這類過程就可採用順序控制。在順序控制中，每一時刻給出的設定值不僅與時間有關，而且還取決於對此時刻之前的控制結果的邏輯判斷。 3．比例-積分-微分控制 比例-積分-微分控制通常簡記為PID控制。採用該控制策略時，計算機要對來自A/D轉換器的信號進行比例、積分和微分變換處理，這種控制既能消除靜差，改善系統的靜態特性，又能加快過渡過程或提高系統的穩定性，改善系統的動態特性。因此，PID控制在工業過程控制中得到了十分廣泛的應用。如果計算機僅對信號進行比例和積分變換過程，則稱為PI控制。 4．前饋控制 前饋控制是直接按干擾來實施的一種控制，一旦干擾出現，在此干擾未影響被控量之前，控制器 (計算機)就根據測得的干擾大小和方向，按一定規律直接施加一個控制作用，控制作用的大小剛好能夠完全抵消此干擾對被控量的影響。在化工和熱工的過程控制中，有許多成功利用前饋控制的例子。 5?最佳控制 所謂最佳控制，是指在給定的約束條件下，尋求一個適當的控制規律，使表徵過程的某個性能指標達到最大或最小。約束條件可能是控制作用和工程參數等的極限值，也可能是工程參數之間的某種依從關係，在數學上表現為一些等式和不等式約束。性能指數也稱為目標函數，它可能是產量最高，控制質量最好，利潤最大，能耗最小，以及達到設定值的時間最短等等。 6．自適應控制 在許多實際控制問題中，運轉條件發生變化，以及受控對象特性未知或發生變化的情況是經常發生的，這就要求控制系統具有適應環境變化的能力。如果一個控制系統在對象結構參數和初始條件，以及運轉條件發生變化時，仍能自動地保持最佳或接近最佳的工作狀態，這就是一個自適應控制系統。自適應控制技術最先用於軍事和宇航領域，後來也用於工業過程控制。比較成熟和應用最多的自適應控制是自校正控制、模型參考自適應控制和變結構控制等。 第二節 微電腦監控系統類型及對計算機特性要求 微電