HEFEI  UNIVERSITY

《计算机控制技术》课程综述

系　　 别    电子信息与电气工程系     

专　　 业      09  自  动  化                                    

班     级                 

姓     名                                    

学　　 号                                         

指导 老师        丁     健                      

完成 时间        2012 -6- 16                   

摘要：

随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展。然而，设计一个性能好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，一个完整的控制系统还需要考虑系统的抗干扰性能，系统的抗干扰性能力是关系到整个系统可靠运行的关键。

关键词：计算机控制技术、系统、应用

正文：

一、计算机控制技术简介

工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术、通信技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。

计算机控制技术这门课程是自动化、测控技术与仪器专业以及相关专业的一门专业课，主要讲述计算机控制系统的基本结构、基本原理，计算机控制系统的数学描述及设计方法，计算机控制系统软、硬件的设计方法与实现途径。主要是培养学生理论联系实际，从实际出发分析问题、研究问题和解决问题的能力，将学生所学知识系统化。

二、计算机控制课程简介

第一章  绪论

介绍了计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型形式及其发展和概况。

计算机控制系统(Computer Control System，简称CCS)是应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。

计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。

典型的系统有操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、综合自动化系统。

重点是掌握计算机控制系统的组成以及典型系统的特点和应用。

第二章  计算机控制系统的硬件设计技术

在计算机控制系统中，工业就控制机必须经过输入输出接口和过程通道相连。接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，包括输入和输出接口。过程通道是计算机与外部之间设置的信息传送和转换的连接通道，包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

一、总线技术

总线的概念很简单，它就是将各部件连接到计算机处理器的一个元件。最常见的是从功能上来对数据总线进行划分，可以分为地址总线（address bus）、数据总线（data bus）和控制总线（control bus）。

二、数字量输入输出接口与过程通道

数字量输入通道（ DI 通道）的任务是把生产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式，主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入口地址译码电路等组成。数字量输出通道组要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。

三、模拟量输入输出接口与过程通道

模拟量输入通道一般由I\V变换、多路转换器、采样保持器、A\D转换器、接口和控制逻辑组成。模拟量输出通道一般由接口电路、D\A转换器、V\I变换等组成，其结构形式主要取决于输出保持器的构成方式。

重点是掌握总线和端口的概念分类以及端口地址的分配；数字量模拟量输入输出接口和过程通道的构成以及各组成部分的详细作用。

第三章  数字控制技术

数字控制技术就是生产机械根据数字计算机输出的数字信号，按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的控制方式。

一、逐点比较法插补原理

1、曲线分段

将曲线分割成若干段，可以是直线段，也可以是曲线段，分割成了三段。把各分段点坐标记下来并送给计算机。图形分割原则应保证线段所连的曲线与原图形误差在允许范围内。

2、插值（或插补）

当给定各点坐标x和y值之后，求得各坐标值间的中间值的数值计算方法称插值或插补。 直线插补：在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近。 二次曲线插补：在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近。

3、绘图或加工

把插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信号形式去控制x、y方向上的步进电机，带动绘图笔、刀具等，绘出图形或加工所要求轮廓。每一个脉冲信号代表步进电机走一步，即绘图笔或刀具在x或y方向移动一个位置。对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量，又称为步长，常用△x和△y表示，且总是取△x=△y。

二、多轴步进驱动控制技术

步进电机又称为脉冲电机，是计算机控制系统的一种执行元件。其功用是将脉冲电信号转换成相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一步，

步进电机可工作于单向通电方式、双向通电方式、单双向交叉通电方式。三相异步电机则有单三拍、双三拍、三相六拍三种工作方式。

重点是掌握逐点插补比较法的原理，主要是直线插补与圆弧插补；掌握三相异步电机的工作方式。

第四章  常规及复杂控制技术

一、数字控制器的连续化设计技术

数字控制器的连续化设计是忽略控制回路中所有的零阶保持器和采样器，在S域中按连续系统进行设计，然后通过某种近似将连续控制器离散化为数字控制器，并由计算机来实现。

数字控制器的连续化设计步骤：

(1)设计假想的连续控制器  

(2)选择采样周期T  

(3)将D(s)离散化为D(z)  

(4)设计由计算机实现的控制算法  

(5)校验 控制器D(z)设计完成并求出控制算法后，需要检验其闭环特性是否符合设计要求，可采用数字仿真来验证，若满足设计要求，设计结束，否则应修改设计。

G(s)是被控对象的传递函数，H(s)是零阶保持器，D(z)是数字控制器。设计问题是：根据已知的系统性能指标和G(s)来设计出数字控制器D(z)。

二、数字控制器的离散化设计技术

由于控制任务需要，当所选择的采样周期比较大或对控制质量要求比较高时，必须从被控对象的特性出发，直接根据计算机控制理论(采样控制理论)来设计数字控制器，这类方法称为离散化设计方法。

数字控制器的离散化设计步骤：

(1)根据控制系统的性能指标及约束条件，确定所需闭环系统的脉冲传递函数；

(2)求广义对象的脉冲传递函数

(3)求数字控制器的脉冲传递函数

(4)求控制量的递推计算公式

三、纯滞后控制技术

史密斯(Smith)预估控制

基本思想是建立过程的动态特性的模型；将模型加入到反馈控制系统中，有延迟的一部分用于抵消被延迟了τ的被控量；无延迟部分反映到调节器，让调节器提前动作，从而可明显地减少超调量和加快调节过程。预估是纯滞后控制中的基本方法。

四、解耦控制技术

所谓解耦控制系统，就是采用某种结构，寻找合适的控制规律来消除系统种各控制回路之间的相互耦合关系，使每一个输入只控制相应的一个输出，每一个输出又只受到一个控制的作用。 解耦控制是一个既古老又极富生命力的话题，不确定性是工程实际中普遍存在的棘手现象。解耦控制是多变量系统控制的有效手段。

重点是掌握数字控制器连续化、离散化的设计，史密斯预估控制和达林算法，了解解耦控制。

第五章  现代控制技术

建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。

第六章  先进控制技术

一、模糊控制系统

模糊控制系统通常由模糊控制器、输入输出接口、执行机构、测量装置和被控对象等组成；模糊控制器主要包括输入量模糊化接口、知识库、推理机、输出清晰化接口四个部分

二、模糊控制器设计

设计一个模糊控制系统的关键是设计模糊控制器，而设计模糊控制器需要：选择模糊控制器的结构、选取模糊规则、确定模糊化和清晰化方法、确定模糊控制器的参数、编写模糊控制算法程序。

重点是掌握模糊控制系统的组成和及其设计方法。

第七章  计算机控制系统软件设计

软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，它是包括程序，数据及其相关文档的完整集合；程序是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序列；数据是使程序能正常操纵信息的数据结构；文档是与程序开发，维护和使用有关的图文材料。

一、人机接口(HML/SCADA)技术

HML广义的解释就是使用者与机器间的沟通、传达及接收信号的一个接口。HML系统具有：实时资料趋势显示、历史资料趋势显示、自动记录资料、警报的产生与记录、报表的产生与打印、图形接口控制等几项基本能力。

凡是具有系统监控和数据采集功能的软件都可称为SCADA。与硬件设备的连接方式主要有三种：标准通信协议、标准的资料交换接口、绑定驱动。

二、软件抗干扰技术

干扰：是指有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。干扰源：产生干扰信号的原因干扰对象：干扰源通过传播途径影响的器件或系统干扰系统的三个要素：干扰源、传播途径及干扰对象。抗干扰技术就是通过对这三要素中的一个或多个采取必要措施来实现的。

软件陷阱：软件陷阱是在非程序区的特定地方设置一条引导引导指令（看作一个陷阱），程序正常运行，不会落入该引导指令的陷阱，当CPU受到干扰，程序“跑飞”时，如果落入指令陷阱，将由引导指令将“跑飞”的程序强制跳转到出错处理程序，由该程序段进行出错处理和程序恢复。

第八章  分布式测控网络技术

一、工业网络技术

介绍了工业网络的构建方法及测试技术，从信息网络和控制网络两个层次进行编写，主要内容包括计算机网络体系结构、局域网技术、工业以太网、CAN总线技术、DeviceNet现场总线、DeviceNet节点设计与组网、ControlNet现场总线、工业网络及其应用。

二、分布式控制系统(DCS)

DCS的集成性则体现在两个方面：功能的集成和产品的集成。如今的DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外，还集成了PLC（可编程逻辑控制器）、RTU（采集发送器）、FCS、各种多回路调节器、各种智能采集或控制单元等。

第九章  计算机控制系统设计与实现

一、系统设计的原则与步骤

计算机控制系统的理论设计包括：建立被控对象的数学模型；确定满足一定技术经济指标的系统目标函数，寻求满足该目标函数的控制规律；选择适宜的计算方法和程序设计语言；进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出具体要求。

(1) 原则：操作性能好，维护与维修方便；通用性好，便于扩展；可靠性高；实时性好，适应性强；经济效益好。

(2) 步骤：确定任务阶段；工程设计阶段；离线仿真和调试阶段；在线调试和投运阶段。

二、系统的工程设计与实现

(1) 设计原则：

对于不同的控制对象，系统的设计方案和具体的技术指标是不同的，但控制系统的设计原则是相同的。这就是满足工艺要求，可靠性高，操作性能好，实时性强，通用性好，经济效益高。

(2) 实现介绍：

作为一个计算机控制系统的工程项目，在设计研制过程中应经过哪些步骤，这是需要认真考虑的。如果步骤不清，或者每一步需要做什么不明确，就有可能引起研制过程中的混乱甚至返工。计算机控制系统的研制过程一般可分为4个阶段：准备阶段、设计阶段、仿真及调试阶段和现场调试运行阶段。

三、  课程学习总结

计算机控制技术是一门以电子技术、自动控制技术、计算机应用技术为基础，以计算机控制技术为核心，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科。目前，企业对具备较强的计算机控制技术应用能力专门人才需求很大，将来一定有很大的发展前景。

通过本课程的学习，使自己掌握计算机控制系统的基本设计方法。使自己在学完单片微机原理及应用的基础上，掌握了输入输出接口电路设计方法；进而学习了将生产现场各种物理量引入计算机中的方法。通过学习典型计算机控制系统设计，提高了计算机控制系统设计的能力。

最后感谢丁健老师在本学期内给予的的辛勤教导和帮助。

参考文献:

　　[1]于海生.《计算机控制技术》[M].机械工业出版社,2007,(2):34-35.

　　[2]许勇.《计算机控制技术》[M]. 机械工业出版社,2008,(1):45-47.

[3]顾德英.《计算机控制技术与系统》[M]. 北京邮电大学出版社,2009 (5)

第二篇：计算机控制技术发展综述报告

计算机控制技术发展综述报告

1、计算机控制的定义：

计算机控制是自动控制理论与计算机技术相结合而产生的一门新兴学科，计算机控制技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。自动控制技术在许多工业领域获得了广泛的应用，但是由于生产工艺日益复杂，控制品质的要求越来越高，简单的控制理论有时无法解决复杂的控制问题。计算机的应用促进了控制理论的发展，先进的控制理论和计算机技术相结合推动计算机控制技术不断前进。自从19xx年美国Intel公司生产出世界上第一台微处理器Intel 4004以来，微处理器的性能和集成度几乎每两年就提高一倍，而价格却大幅度下降。在随后30多年的时间里，微型计算机经历了4位机、8位机、16位机、32位机几个大的发展阶段，目前64位机也已经问世。微型计算机的出现，在科学技术上引起了一场深刻的变革。随着半导体集成电路技术的发展，微型计算机的运行速度越来越快，可靠性大大提高，体积越来越小，功能越来越齐全，成本却越来越低，使微型计算机的应用越来越广泛。微型计算机不仅可应用于科学计算、信息处理、办公娱乐、民用产品、家用电器等领域，而且在仪器、仪表及过程控制领域也得到了广泛的应用。仪器、仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理及系统控制等方面有着重要的应用，在许多高精度、高性能、多功能的测量仪器中都采用了微处理器技术。过程控制也是微型计算机应用最多的一个方面，控制对象已从单一的工艺流程扩展到整个企业的生产、管理以及现场各种设备的控制中，采用分布式计算机控制，实现了企业的控制和管理一体化，大大提高了企业的自动化程度。

近年来，随着计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术以及自控理论的高速发展，计算机控制的技术水平大大提高，计算机控制系统的应用突飞猛进。利用计算机控制技术，人们可以对现场的各种设备进行远程监控，完成常规控制技术无法完成的任务，微型计算机控制已经被广泛地应用于军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域。可以说，21世纪是计算机和控制技术获得重大发展的时代，大到载人航天飞船的研制成功，小到日用的家用电器，甚至计算机控制的家庭主妇机器人，到处可见计算机控制系统的应用。计算机控制技术的发展日新月异，作为现代从事工业控制和智能仪表研究、开发及使用的技术人员，必须不断学习，加快知识更新的速度，才能适应社会的需要，才能在工业控制领域里继续邀游。

微型计算机控制技术是一门跨学科以及应用性、技术性、综合性都很强的专业技术课

程，要求具备较强的自动控制理论、微型计算机原理、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础知识。通过学习，要求掌握计算机控制系统的控制原理和分析设计方法，具备基本的设计技能，能够设计出简单的计算机控制系统。

2、过程工业的特点

过程工业是指如石化、电力、冶金、造纸、化工、医药、食品等工业。它们的特点是连续性。根据有关统计，19xx年以来我国公布的产品销售额排名的前十名中，约有80％～90％属于连续工业，按利润排名的前20名中，连续工业约占70％，可见连续工业的发展对我国国民经济有着十分重要的意义。随着科学技术的迅猛发展，连续工业逐步向大型化、连续化，自动化以及集成化方向发展。为了提高竞争能力，连续工业正在不断地提高自动化水平，以提高产品质量、节省能源、降低成本及产生明显的经济效益。

2.1 从控制工程的观点来看，过程工业有如下一些特点：

1) 连续工业生产往往伴随有物化反应、生化反应、相变过程等，因此过程机理十分复杂。被控对象往往是高维、耦合、大时滞、严重不确定性与非线性等，控制起来非常困难。

2) 连续工业经常在高温、高压、易燃、易爆等环境下运行，生产的安全性是至关重要的。因此对自动控制系统的可靠性提出了非常苛刻的要求。

2.2 过程控制的发展回顾

许多国内外的专家、学者认为，过程控制大约经历了以下三个发展阶段(见表1)。 表l :

在70年代以前，由于受到控制理论和控制工具的限制，过程工业的自动化水平相对来讲比较低。当时的控制理论主要是经典控制理论，所能用的控制工业主要是常规仪表，如气动或者电动仪表。在控制系统方面，绝大多数是单变量的简单控制系统，对于比较重要的工艺变量则设计串级调节系统或前馈调节系统。

上述的简单控制系统对于大多数简单的对象可基本满足要求。但是，对于复杂的对象，也就是说对于高维、大时滞、严重非线性、耦合及严重不确定性对象，上述的简单控制系统往往无能为力。从70年代到80年代，基于现代控制理论的先进过程控制(Advanced Process Control)应运而生。出现先进过程控制的基础有二；一是市场上先进的控制工具如分散式控制系统(DCS)的出现与完善，二是现代控制理论的不断控展与提高。如预测控制、自适应控制、非线性控制、鲁棒控制以及智能控制等控制策略与方法都已经成为目前国内外学术界与工程界的热门研究课题。国内外已有许多先进过程控制成功的工业应用报导。

近些年来，在控制工具方面。出现了一种新的控制系统，称之为现场总线系统(Field Bus

system)。现场-总线技术是计算机技术、通信技术、控制技术的综台与集成。它的特点是全数字化，全分散式、全开放、可互操作和开放式互连网络，它克服了DCS的一些缺点，对自动控制系统的体系结构、设计方法、安装调试方法和产品结构方面产生了深远的影响。

尽管先进过程控制能对重要的工艺变量提高控制质量并产生较明显的经挤效益(如采用卡边控制)，但是它们仍然只是相互孤立的控制系统。许多专家进一步研究发现，将控制、优化、调度、管理等集于一体的新的控制模式并将信号处理技术、数据库技术、通信技术以及计算机网络技术进行有机结台而发展起来的高级自动化其有更重要的意义，因此也就出现了所谓综合自动化系统。这种全新的综合自动化的系统称为计算机集成系统(Computer Integrated Process System，简称CIPS)，可以认为是过程控制发展中的第三阶段。

3、当前过程控制技术的发展趋势

【1】过程建模

先进过程控制、过程优化、调度与管理等的实施均需要有相应的效学模型作基础。因此，建立数学模型往往是实施高级过程控制的第一步。对于过程工业中种类繁多的对象而盲，由于其物化反应、生化反应等非常复杂的变化，要想从机理来建立一个准确的数学模型是非常困难的。为了得到工程技术人员能够接受的并易于应用的数学模型，往往都不得不进行一些假设使数学模型得以简化，但这些假设又会影响到数学模型准确性。特别是对于一些高维的复杂对象，若采用严格的机理推导往往会得到由几百个乃至几千个微分方程组成的数学模型，它们的求解将会十分困难。

目前国内外采用的建模方法大致有两类。一类是机理建模，也就是根据过程本身的内在机理，利用能量平衡、物质平衡、反应动力学等规律来建立系统的模型；另一类是系统辨识方法，也就是根据被控过程的输入、输出数据建立效学模型。属于这类方怯的有最小二乘法、人工神经元网络、模糊模型等。

尽管国内外许多学者在过程建模方面做出了卓有成效的努力，使机理建模和系统辨识方法能够在工业过程中得以有效的应用。但是，就目前过程控制水平而言，工业过程模型化仍然是控制系统设计与开发的瓶颈。在这一方面，今后仍有大量的工作要完成。

【2】控制策略与方法

毫无疑问，在控制系统的设计与开发方面，控制策略(算法)是接心。在这方面。国内外的学者作了长期不懈的努力，取得了许多成果。将这些控制策略应用于关键的控制回路(产品质量控回路)往往可以取得较高的控制质量并产生一定的经济效益。

目前，在学术界所研究、开发出来的控制策略(算法)多到令人目不接暇，但其中许多算法仍只停留在计算机仿真或实验装置的验证上，真正能有效地应用在工业过程中的仍为数不多。

以下是一些较公认的(特别是能得到工程界的认可)的先进控制策略(算法)：

1)改进成复合PlD控制算法

大量的事实证明。传统的PID控制算法对于绝大部分工业过程的被控对象(可高达90％)可取得较好的控制效果。采用改进的PID算法或者将PID算法与其他算按进行有机结合往往可以进一步提高控制质嚣。

2)顶测控制

预浏控制是直接从工业过程控制中产生的一类基于模型的新型控制算法。它高度结合了工业实际的要求，综合控翻质量比较高。因而很快引起工业控制界以及学术界的广泛兴趣与重视。预测控制有三要素，即预测模型、滚动优化和反馈校正。它的机理表明它是一种开放式的控制策略。体现了人们在处理带有不确定性问题时的一种通用的思想方法。

根据预测摸型的不同的形式。硬测控制分别称之为Model Predictive Control(MPC)，Generalized Predictive Control(GPC)和Receding Horizon Predictive Control(RHPC)。此外，顶测控制还可以采取其他形式的模型。如非线性模型、模糊模型和神经网络模型等。

预测具有一系列的优点。如可以以显式的方式处理约束条件。鲁棒性强、对大时滞过程有补偿作用而且比较容品处理多变量系统中的耦合作用等。正因为预测控制有上述一系列优点，所以它已经被国外一些控制公司开发成为商品化软件而成功地应用于过程工业中。在这方面，许多国外著名的控制工程公司，如Setpoint公司、Treiber公司、Prdfimafies公司、Predictive Control公司、霍尼韦尔公司、横河公司等。都开发了各自的商品化预测控制软件包，并被广泛地应用于大型工业过程控制。特别要提到的是接国Adersa公司在第一代产品IDCoM基础上开发出来的第三代顶澍控制商品化软件Hiecon，经长期的实际运行证明。它的性能良好，巳被浙江大学中控自动化公司作了结合国情的改进并融人其先进控制软件AdvaaTrol中。另外，值得可喜的是，在“九五”计划期间，我国组成了以浙江大学为首的高校攻关组。旨在自行开发我国的工业过程控制商品化软件包，其中就包括有多变量预测控制软件包时。这些软件包的成功开发与应用，将会大大提高我国工业商品化软件的水平并可节省大量的外汇。

3)自适应控制

在过程工业中，不步的过程是时变的，如反应器中催化剂活性的变化。换热器中结垢的产生与发展等均会使过程的特性发生变化。如采用参效与结构固定不变的控制器。则控制系统的性能会不断恶化。这时就需要采甩自适应控制系统来适应时变的过程。它是辨识与控制的结合。目前，比较成熟的自控制分三类：

·自整定调节器及其他的简单自适应控制器。其中。自整定PID滑节器已有成熟产品 并在工程中获得了较广泛的应用。

·模墨参考自适应控翻，它能自动调整控倒规律。使控嗣系统的输出与参考模型的输出相近。在这些系统中，自适应回路的稳定性至关重要。

·自校正调解节与控制。琦典的Astrom与英国的Clarke教授在这方面傲了许多开拓性的研究工作。目内外许多学者在他们的基础上进行了大量的改进、提高、完善及应用工作，

使其更加完善与可靠。

4)智能控制

随着科学技术的发展，对工业过程不仅要求控制的精确性，更加注重控制的鲁棒性、实时性、容错性以及对控制参数的自适应和自学习能力。另外，被控工业过程日趋复杂，过程严重的非线性和不确定性，使许多系统无法用数学模型精确描述。这样建立在数学模型基础上的传统方法将面临空前的挑战，也给智能控制方法的发展创造了良好的机遇。传统的控制方法在很大的程度上依赖于过程的数学模型，但是，至今获取过程的精确数学模型仍然是一件十分困难的工作。没有精确的数学模型作前提，传统的控制系统的性能将大打折扣。而智能控制器的设计却不依赣过程的数学模型，因而对于复杂的工业过程往往可以取得很好的控铷效果。

常见的智能控制方法有以下几种：模糊控制、分级递阶智能控制、专家控制、人工神经元网络控制、拟人智能控制等。这些智能控制方法各有千秋，但又存在各自的不足。因此，最近的研究又表明将它们相互交叉结合或与传统的控制方法结合将会产生更佳的效果。智能控制已在家电行业及工业过程中取得了许多成功的应甩。特别是模糊控制方法已在日本的家电行业中广瑟应用。在国内外，模糊控制与人工神经元网络也已在石化、钢铁、冶金、食品等行业取得了成功的应用。今后，需要进一步对智鼢控制的基础理沧进行研究。以此建立统一的智能控制系统的设计方法。

3、软测量技术

在许多工业过程中，存在着一大类这样的变量：它们由于技术和经济的原因，目前尚雉以或暂时无法通过传感器进行检测，但同时又是需要加以严格控制的、与产品质量密切相关的重要过程工艺变量。如精馏塔的产品组分浓度，化学反应器的反应物浓度和产品分布，发酵罐中的生物量参数和制桨工业中的卡伯值等。

解决这些变量检测问题的途径有二：一是开发新的传感器对其进行检测，二是通过一些容易测量的=次工艺变量，再通过一定的方法推断出要检测的工艺变量数值，而这第二种方法就称之为敏测量技术，或称之为软仪表。建立软仪表的方法有以下几种。

·基于工艺机理分析

·基于回归分析

·基于人工神经元网络

·基于模式识别

·基于模糊模型

有许多因素影响软仪表性能-如辅助变量及数目的选择，检测点位置的选择。效据的处理与变换软仪表的在线校正等等。要想真正地、可靠地将软仪表用于工业过程，上述因索均需仔细地加以考虑并采取相应的有效措施。特别是对于工业现场存在许多干扰的情况下更需付出巨大的努力。值得可贺的是我国许多高校(如浙江大学、清华大学、交通大学、华东理工大学等)在这方面做丁许多有益的工作并取得了相当的进展。但是，要指出的是目前软仪

表的维护工作量仍是较大的，可靠性仍有待进一步提高。

采用先进过程控制技术可以使重要的工艺变量控制质置明显提高并产生较为显著的经济效益，但是采用优化操作能使操作点向优化点靠近，取得的经济效益将更加明显。经验证明，在线优化获益比先进控制要高出5～10倍。过程优化包含两层意思：一是稳定优化，二是最优控制。目前稳态优化技术(或称之为离线操作优化或词优)主要有三种方法，即统计调优法(EVOP)，模式识别法(PR)与操作模拟分析法(OSA)。这些方法的共同点是利用生产数据以及建模、优化方法在约束条件下求解最优的工艺生产参数，提供操作指导。当然，操作条件优化也可以用计算机来在线自动完成。

为了获得稳态最优，往往要求最优操作点尽量接近工艺操作与设备的极限值，并只允许在一个很窄的范围内变化。一旦偏商这种工况，各项指标会明显变差，操作难度也会大大增加，甚至会导致生产的不安全。在这种情况下，就需要动态最优化控制以保证稳态操作点的“最优性”。

2.s计算机集成过程系统(cIPs)

当前，在机械加工行业，计算机集成制造系统(CIMS)是国内外热门的研究课题并且取得了不少的理论和应用成果。在CIMS的激励下，过程工业也开始积极地进行研究与考虑实施。考虑到过程工业与机械加工行业的不同特点，在过程工业中CIMS则称之为计算机集成过程系统(CIPS)。计算机集成过程系统的出现是与计算机技术、通信技术、网络技术以及控制技术的迅速发展分不开的。

企业内存在许多自动化孤岛，即企业内的计算机系统是相互独立的，不同计算机问不能互通信息，工程师不能用生产过程计算机接受实验室计算机、管理系统计算机传来的信息、硬件软件不能兼容，造成过程控制与管理决策、经营贸易的失衡，限制了公司迅速适应经销，市场和生产变化的能力。CIPS覆盖操作层、管理层、决策层，涉及企业生产全过程的计算机优化。它的最大特点是多种技术的。综合”与全企业信息的集成”，它是信息时代企业自动化发展的总方向。

CIPS已经在国内外的一些炼油与石油化工厂进行了试验。到19xx年，日本的24家大中型炼油厂中有19家和13家乙烯厂中有8家正在开发和应用CIPS；在北美、欧洲，远东和澳大利亚也已有几十家大型炼油厂在计划或实施CIPS。在我国，根据石化总公司发展规划的“适时选点开发CIPS”和“炼油、石化流程型工业向CIPS迈进”的意见，巳分别在齐鲁胜利炼油厂与福建炼油厂中进行试点工作。SetpoInt公司将炼油厂的信息系统与先进过程控制相结合而形成了计算机一体化技术。它有五种功能：性能监铡、优化、调度、控制与组台。效益分析表明，将信息系统结合进来将有着显著的效益潜力。

据专家分析，CIPS的关键技术如下：

1)计算机网络技术；

2)数据库管理系统；

3)各种接口技术；

4)过程操作优化技术；

5)先进控铷技术；

6)软测量技术；

7)生产过程的安全保护技术等。

计算机控制发展是自动化技术的热门研究课题，它们的发展与进步将是实施CIPS的保证。

CIPS利用计算机技术对整个企业的运作和过程进行综合管理和控制，它包括市场营销、生产计划调度、原料选择、产品分配、成本管理，以及工艺过程的控制、优化和管理的全过程。分布式控制系统，先进过程控制以及网络技术，数据库技术是实现CIPS的重要基础。可以预计，通过广大学者与工程技术人员的努力，今后我国会在过程工业的计算机粲成过程系统中取得更多的进展与成果。

参考文献：

【1】金以慧等，过程控制的发展与展望，控制理论与应用，1997,14

【2】145-151《计算机控制技术》 于海生 机械工业出版社 2007