浅谈计算机网络控制系统的发展

摘要：本文简要介绍了计算机网络控制系统的原理，根据当前计算机控制技术的发展状况，分析了计算机控制技术的优势和面临的挑战，指出计算机控制系统发展趋势。
关键词：控制系统  发展  趋势
        0 引言
        计算机网络控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。若将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控制系统。它用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。其中辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。它与被控对象的联系和部件间的联系通常有两种方式：有线方式、无线方式。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标[1]。
        1 计算机网络控制系统的工作原理
        计算机控制系统包括硬件组成和软件组成。在计算机控制系统中，需有专门的数字-模拟转换设备和模拟-数字转换设备。由于过程控制一般都是实时控制，有时对计算机速度的要求不高，但要求可靠性高、响应及时。计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个过程：
        1.1 实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
        1.2 实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
        1.3 实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
        这三个过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常现象及时作出处理[2]。
        2 计算机网络控制系统面临的挑战
        计算机控制系统虽然控制规律灵活多样，改动方便；控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制；能够实现数据统计和工况显示，控制效率高； 控制与管理一体化，进一步提高自动化程度。但是由于经典控制理论主要研究的对象是单变量常系数线性系统，它只适用于单输入单输出控制系统。系统的数学模型采用传递函数表示，系统的分析和综合方法主要是基于根轨迹法和频率法[3]。现代控制理论主要采用最优控制、系统辨识和最优估计、自适应控制等分析和设计方法。而系统分析的数学模型主要用状态空间描述。随着要研究的对象和系统越来越复杂，依赖于数学模型的传统控制理论难以解决复杂系统的控制问题：
        2.1 不确定性的模型：传统控制是基于模型的控制，模型包括控制对象和干扰模型。传统控制通常认为模型是已知的或经过辨识可以得到的，对于不确定性的模型，传统控制难以满足要求。
        2.2 高度非线性：在传统的控制理论中，对于具有高度非线性的控制对象，虽然也有一些非线性控制方法可供使用，但总的来说，目前非线性控制理论还很不成熟，有些方法又过于复杂，无法广泛应用。
        2.3 复杂的任务要求：在传统的控制系统中，控制任务往往要求输出量为定值或者要求输出量跟随期望的运动轨迹，因此控制任务比较单一。但过于复杂的控制任务是传统的控制理论无能为力[4]。
        3 计算机网络控制系统的应用
        当今国家，要想在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势，尤其要在高新技术产品的创新设计与开发能力上取得优势。在以信息技术为代表的高科技应用方面，要充分利用各种新兴技术、新型材料、新式能源，并结合市场需求，以实现世界的又一次“工业大革命”；在工业设计与工程设计的一致性方面，要充分协调好设计的功能和形式两个方面的关系，使两者逐步走向融合，最终实现以人为核心、人机一体化的智能集成设计体系。从工业设计的本身角度看，随着CAD、人工智能、多媒体、虚拟现实等技术的进一步发展，使得对设计过程必然有更深的认识，对设计思维的模拟必将达到新的境界。从整个产品设计与制造的发展趋势看，并行设计、协同设计、智能设计、虚拟设计、敏捷设计、全生命周期设计等设计方法代表了现代产品设计模式的发展方向。随着技术的进一步发展，产品设计模式在信息化的基础上，必然朝着数字化、集成化、网络化、智能化的方向发展[5]。
        4 计算机网络控制系统的发展趋势
        4.1 推广应用成熟的先进技术 普及应用可编程序控制器(PLC)是一种专为工业环境应用而设计的微机系统。它用可编程序的存储器来存储用户的指令，通过数字或模拟的输入输出完成确定的逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能。近年来PLC几乎都采用微处理器作为主控制器，且采用大规模集成电路作为存储器及I/O接口，因而其可靠性、功能、价格、体积等都比较成熟和完美。由于智能的I/O模块的成功开发，使PLC除了具有逻辑运算、逻辑判断等功能外，还具有数据处理、故障自诊断、PID运算及网络等功能，从而大大地扩大了PLC的应用范围[6]。
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />        4.2 采用集散网络控制系统 集散控制系统是以微机为核心，把微机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入/输出通道、模拟仪表等有机地结合起来的一种计算机控制系统，它为生产的综合自动化创造了条件。若采用先进的控制策略，会使自动化系统向低成本、综合化、高可靠性的方向发展，实现计算机集成制造系统
        4.3 研究和发展智能网络控制系统 智能控制是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程，是用机器模拟人类智能的一个重要领域。智能控制包括学习控制系统、分级递阶智能控制系统、专家系统、模糊控制系统和神经网络控制系统等。应用智能控制技术和自动控制理论来实现的先进的计算机控制系统，将有力地推动科学技术进步，并提高工业生产系统的自动化水平。计算机技术的发展加快了智能控制方法的研究。智能控制方法较深浅层次上模拟人类大脑的思维判断过程，通过模拟人类思维判断的各种算法实现控制。计算机控制系统的优势、应用特色及发展前景将随着智能控制系统的发展而发展。
        4.4 研究和发展计算机网络控制技术 计算机网络技术的发展，正引发着控制技术的深刻变革，以及与之相应的新的控制理论的产生。控制系统结构的网络化、控制系统体系的开放性、控制技术与控制方式的智能化，是当前控制技术发展与创新的方向与主要潮流。网络技术不仅是实现管理层的数据通讯与共享，它应用于控制现场的设备层，并将控制与管理综合化、一体化[7]。Internet 不仅用于传统的信息浏览、查询、发布，还可通过Internet 跨国跨地区直接对现场设备进行远程监测与控制。因而现代的自动化系统可通过网络构成信息与控制综合网络系统。现场控制网络将现场控制设备通过网络连接起灭，构成分布式控制系统。通过Internet实现远端计算机对现场控制设备的远程监测与控制。四级网络就构成现代自动化领域控制网络系统的基本结构。计算机网络对生产方式的创新，网上控制，通过网络进行控制。
        5 结语
        计算机控制技术正向智能化、网络化和集成化的方向发展。大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。前景也越来越美好并占有更加重要的地位。
参考文献：
[1]于海生.微型计算机控制技术[M].清华大学出版社.1999.
[2]何克忠主编.计算机控制系统[M].清华大学出版社.1998.
[3]       Karl Johan.      Wittenmark.Computer-Controlled Systems (3rd ed.).Prentice Hall.1997.
    [4]潘新民，玉燕芳.微型计算机控制技术实用教程[M].电子工业出版社  2003年5月.
[5]李锡雄，陈婉儿.微型计算机控制技术[M].科学出版社.
[6]熊静琪.计算机控制技术[M].电子工业出版社.
[7]赖寿宏.微型计算机控制技术[M].机械工业出版社.2004-2-1.
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />