计算机控制系统论文
计算机控制系统包括硬件、软件和控制算法3个方面,一个完整的设计还需要考虑系统的抗干扰性能,使系统能长期有效地运行。下面是学习啦小编为大家整理的计算机控制系统论文，供大家参考。
计算机控制系统论文篇一
《 计算机控制系统进展研究 》
摘要:本文简要介绍了计算机控制系统(CCS)硬件以及软件方面的发展历史、现状和发展趋势。
关键词:计算机控制系统;现状;发展趋势
1引言
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。在CCS问世之前，工业生产中的动态系统的控制和调节是由自动控制中常规控制设备完成的，但在CCS中，动态系统的控制和调节是由数字计算机完成。由于数字计算机具有传送、采集、存贮、处理大量数据的能力，同时它集最新的计算机技术、网络通信技术和控制技术于一身，从而使自动控制系统有了质的飞跃。目前，CCS在现代化工业控制系统中扮演者越来越重要的角色。
2 CCS的发展历史及现状
计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，下面对CCS的硬件部分和软件部分的发展历史和现状简要介绍一下。
2.1 CCS的的硬件类型和现状[1-2]
(1)60年代末，由于生产控制自动化的需要，出现了集中控制系统。在集中控制系统中，计算机开始发挥它的控制功能，它能够计直接根据给定值、过程变量和过程中其它的测量值,通过PID运算,实现对执行机构的控制,以使被控量达到理想的工作状态，这种控制系统即常说的直接数字控制(DDC)系统[3]。DDC控制系统具有以下三个方面的优点：(1)能够行使更复杂的控制功能;(2)控制功能的灵活性大大提高;(3)具有丰富的显示和数据处理功能。但是这种系统也有一个非常大的缺点，那就是由于系统是由一台计算机控制，一旦出现故障，整个系统就会停止运行，造成十分严重的后果。它的这个缺点也限制了其进一步的推广应用。
(2)70年代，大规模集成电路开始广泛应用，这为集散控制系统的出现奠定了基础。在1975年，美国Honeywell公司首先推出了以微处理器为基础的TDC-2000型总体分散型控制系统,也叫做集散控制(DCS)系统。DCS是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统。DCS的出现在控制系统的变革中具有里程碑式的意义，它具有以下优点：(1)系统构成灵活;(2)操作管理便捷;(3)控制功能丰富;(4)信息资源共享;(5)安装、调试方便;(6)安全可靠性高。正是因为DCS具有上述的优点，所以在工业自动化生产中得到了广泛的应用。
(3)随着微处理器的发展,20世纪80年代出现了品种繁多的高智能化的单/多回路调节器，SCC系统是四川仪表十八厂消化吸收国外技术的基础上开发的小型分散系统,并于1991年投入使用,该系统价格低廉,但在通讯距离和实时性方面有待改善。以单/多回路调节器为基础的计算机监督控制系统具有高可靠性,即使计算机发生故障,各个回路调节器仍然可不受影响而独立工作,不会影响生产。
(4)在20世纪90年代，随着现场总线技术与智能仪表管控一体化(仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录)的发展，这种开放型的工厂底层控制网络构造了新一代的网络集成式全分布计算机控制系统，即现场总线控制系统(FCS)。FCS具有以下技术特点：1.系统的开放性;2.互可操作性与可用性;3.现场设备的智能化与功能自治性;4.系统结构的高度分散性;5.对现场环境的适应性。现场总线系统采用现场总线作为系统的底层控制网络，沟通生产过程中现场仪表、控制设备以及更高控制管理层次之间的联系，相互之间可以直接进行数字通信。作为新一代的控制系统，一方面FCS突破了DCS采用专用通信网络的局限，采用了给予开放式、标准化的通信技术;另一方面FCS进一步变革了DCS的系统结构，形成了全分布式的系统构架，把控制功能彻底下放到现场。FCS被称为21世纪的工业控制网络标准。
2.2 CCS的的软件类型和现状[4-6]
计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。下面重点介绍一下应用软件。
(1)基于PC总线的控制系统应用软件
这是一类在工业生产中运用较早的控制系统应用软件，其相应的软件分为通用的开发软件和专用的工控组态软件。通用的开发软件工具数量较多，包括:BORLAND、C++,M C++,VB和DELPH I等,用于W INDOW S平台。而专用的工控组态软件数量却不多，主要是因为开发这样的软件投资较大。
(2)基于各种PLC控制系统的应用软件
这类控制系统应用软件具有卓越的性价比，因此在工业控制中得到广泛应用。在使用该系统时需要两套相应的软件：上位机软件和下位机软件。上位机软件种类很多,如INTELLUTION FIX、INTOUCH等,这些软件可以在多种不同的PLC产品中应用。下位机软件一般与PLC硬件对应,不同的PLC有不同的下位机软件。通常使用一种叫梯形图的控制软件。
(3)DCS控制系统组态软件[7]
目前，市场上应用的DCS控制系统组态软件主要是由Honeywel公司和英国欧陆生产。这类软件具有强大的组态功能,如SFC,FBD和梯形图软件。最重要是,其均有1个上下位机统一的数据表,因此可根据不同的控制要求,采用最合适的组态编程方式,而变量可在不同的组态编程环境中直接引用,使用起来非常方便。
3.CCS的发展趋势
进入21世纪，由于计算机硬件和软件技术的迅猛发展，CCS也出现了新的发展方向，其主要表现在以下两个方面：
(1)控制系统向网络化发展
现场级网络技术成功的将所有的网络接口移到了各种仪表单元，使仪表单元均具有了直接的通讯功能，这就使得网络延伸到控制系统的末端。在原有控制系统网络结构的基础上，结合这一网络技术，就实现了完成最基本控制任务的底层到完成优化调度工作的最高层的网络优化连接。
(2)控制系统走向系统扁平化
现场级网络技术的发展使每个网端可以容纳不同回路系统的现场级设备和仪表单元,同时，不同的网端还可以通过网桥相互连接,这样就大大提高了现场级网络的连接能力，从而使计算机控制系统的结构发生了明显变化,逐步形成两层网络的系统结构。上层负责完成高层管理功能, 底层负责完成所有具体的控制任务,这样的系统简化了系统的结构和层次,缩短了上层控制任务到下层单元实施过程,实现了较大规模的信息交换公共平台,加强了上层子系统与下层子系统或单元之间的联系。
综上所述,由于计算机技术硬件技术和软件技术的发展，使得计算机控制系统的控制能力越来越强，从而大大提高了生产效率，缩短了生产周期，节约了生产成本，从而使得计算机控制系统在工业生产中的应用越来越广泛。
参考文献
[1]丁健.计算机控制系统的可靠性技术研究[J].计算机工程与设计,2007(4):74 76.
[2]王东伟.基于PLC/SCA DA/M IS结构的面粉厂计算机控制系统的研究[J].粮油加工与食品机械,2005(6):18 19.
[3]胡文江,江杰,王玉林.动态称量过程的计算机控制[J].轻工机械,2004(2):80 83.
[4]李界家，吴成东，于丰计.算机控制系统发展及评价仪表技术与传感器，2002,24.
[5] 王建林,屠立.计算机控制系统软硬件的应用与关键技术[J].轻工机械，2008,26(6).
[6]何磊.钻进过程中的计算机控制及其软件地质装备,2005(2):4 6.
[7]赵宏达,张建华.分布式计算机控制系统的技术发展现状[J].黑龙江水专学报,2006(1):23 25.
计算机控制系统论文篇二
《 计算机控制技术教学探索 》
摘要：计算机控制技术课程是电气信息类工科专业的主干专业课之一，对其课程教学实践进行探索是十分必要。针对计算机控制技术课程的特点，从实验教学、课程设计及其他实训环节的内容进行了探讨，采用灵活多样方式进行实践教学改革，培养学生独立分析和解决问题的能力，为深化教学改革进行了有益的尝试，获得良好的教学效果。
关键词：计算机控制技术实践教学课程建设教学研究
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
中图分类号：G420文献标识码：A文章编号：2095-2104(2012)
随着科学技术的不断发展，在工农业生产的诸多领域中，人们广泛地使用计算机作为控制器来实现自动控制系统。计算机控制技术是融合了计算机技术和自动控制理论后发展起来的理论性和实践性很强的一门交叉学科，它是高等学校中自动化、电气工程及其自动化等专业的一门重要的专业主干课程。学习本课程应从工程技术角度出发，要注重理论与应用结合、设计与实现结合，注重系统性和实用性，要求学生通过本课程的学习掌握如何利用计算机控制生产过程的基本原理，并基本掌握计算机控制系统的分析设计与实现方法及计算机在工业过程控制应用中的各种技术。本课程的特点是理论和实践是密切联系的，由于本课程的这种特点，使得学生在课堂学习阶段很难领悟计算机控制技术的精髓，并将其应用于工农业的生产过程。计算机控制技术是一门实践性极强的应用性学科，本课程实践教学是帮助学生学好这门课程的一项重要手段。
一、目前课程教学中普遍存在的问题
学生在完成计算机控制技术课程学习之后，一般应掌握本课程介绍的基本原理，完成简单计算机控制系统的设计、安装、编程和调试工作。但是，大部分学生在学完该课程后，仍无法完成计算机控制系统的设计、安装、调试工作，主要存在以下几个方面问题：
(1)计算机控制技术是一门多学科、多课程相关、实践性强的课程。目前的计算机控制技术教材，在内容设置上或是偏重于理论分析或是以单片机和其他接口芯片为基础，讨论系统的构成和相应的应用软件设计开发的一般步骤，按这类教材组织教学，学生难以在规定的课时内全面掌握该课程的主要内容，从而制约了学生应用课程知识解决实际问题的能力。
(2)学生缺乏面向工程实践的机会，学生能学好课程的书本内容，通过课程理论考核没有问题。但是一旦遇到实际问题，他们往往不能从问题本身出发，而从书本出发，导致难以综合运用解决实际问题。
(3)理论教学、实验教学等实践环节不能有机结合。有的高校实验条件差，实验教学主要以验证性、演示性实验为主，缺乏综合性操作训练项目，实践学时少等极大限制学生实践能力的提高。课堂理论教学过程枯燥，学习效果差。
二、实践教学的探索
目前社会对高等学校工科专业毕业生的知识能力和素质结构，尤其是实践动手能力、工程意识与创新思维的培养方面提出了新的要求，原有的实践教学模式已不能培养符合现代经济发展与市场经济需求的生产技术应用型人才，很多高校传统的实践教学都是附属于理论课而设置的实验、实习和课程设计。近年来高校扩招后高等教育向大众化发展，学生面临着较大的就业压力，直接反映在毕业生就业方面，要摆脱所面临的困境，就必须培养社会所需要的实践能力强、真正具有工程意识和一定创造性的应用型人才。
加强计算机控制技术课程实践教学的探索很有必要。下面从实验教学、课程设计和其他的实训辅助教学环节出发，探讨如何提高课程实践环节的教学质量，调动学生学习的积极性，提高学生的实践能力，培养了学生的创新精神。
2.1 实验教学的探索
实验是培养理论联系实际、动手能力、严谨的科学态度和科学研究方法的重要手段，因此多数学校选择了最基础的且有较高实用价值的实验项目。然而一些实验内容又多是验证性的，专业所需的实践能力、工程意识与创新精神得不到系统的培养与训练。2.2 课程设计教学之探索
计算机控制技术的课程设计是本课程教学中的一项重要内容，是完成教学计划达到预期教学目标的重要环节，是教学计划中综合性较强的教学环节，它对帮助学生全面深入地掌握课程教学内容、培养学生理论联系实际的能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。本课程设计的目的是通过解决某个实际问题，巩固和加深计算机控制技术课程中所学的理论知识解决实际问题的能力，基本掌握计算机控制系统的一般设计方法，提高计算机控制系统的设计和分析能力，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。
目前多数学校在课程设计时采用的方法是在计算机控制实验设备的基础上，完成一些综合性较强的系统设计题目，比如在TD-ACC计算机控制实验系统上可以完成基于8088微处理器的直流电机闭环调速控制系统设计和实现、温度闭环控制系统设计和实现等设计课题。缺点是系统的框架固定，可选范围有限。
针对课程设计，我们拟以单片机为控制器完成计算机控制系统的设计，融合Matlab和Protues等软件。利用Matlab在建立控制系统模型的优势，以Matlab软件作为课程设计的理论仿真平台，加深学生对计算机控制理论的理解和应用。另一方面，在Proteus平台和Keil软件的支持下，学生可以完成系统从芯片选择、电路设计、程序编写、调试、仿真运行的整个过程，可以锻炼学生解决问题的能力。因此我们设计了基于Protues的单片机步进电机控制系统设计、仓库温湿度控制系统设计、加热炉温度控制系统设计等课程设计课题，作为对原有课题的补充，解决了原有实物设计系统的不足，拓宽了课程设计范围。
2.2 重视辅助实训环节的探索
高等工科学校是培养社会所需要的有一定理论知识、实践动手能力强、具有工程意识和一定创造性的高等技术应用型人才，因此，要完成这一培养目标，我们就必须重视实训环节。我们学院不断加强实践教学与管理改革，创立了创新实训基地，以综合、设计创新实训为主，实训形式丰富多样，有综合性设计、计算机仿真、创新设计、实物制作与竞赛，并不断加强实训基地和课程教学的联系，目前实训基地已经有专人管理，走上了规范化的教学管理轨道。
为配合本课程，我们学院组织一些动手能力强、有兴趣的同学成立实训小组，利用课余时间进行培训，指导教师只给出训练项目的基本要求、所要实现的功能和性能指标，系统设计、元件选用、PCB板制作、焊接工艺和电路调试等环节，均由学生独立完成，以加强学生的工程意识与实际应用能力，并要求学生对一些课题的设计制作具有创新性。学生还通过到产学研结合的企业实习、参与教师所承担的工程课题工作等，进一步培养学生的工程应用能力，如完成智能温度闭环控制系统设计、循环温度检测仪等项目。尽管这种形式灵活的环节目前面向的学生人数不是很多，但是结出了甜美的果实。经实训基地训练的一批学生获得了优良成绩，我院学生于近几年连续在全国大学生电子设计等竞赛中获奖。
三、结束语
通过对计算机控制技术课程教学过程中存在的问题进行探讨，我们认识到实践教学环节在本课程教学中的重要作用，在具体实施实验教学、课程设计教学和其他辅助实训教学等方面做了一些探讨，在教学实践过程中积累了一些经验，取得了较好的教学效果。重视计算机控制技术课程实践改革，可以提高课程实践环节的教学质量，激发学生的学习兴趣，提高学生的实践能力，培养其创新精神。同时，我们发现提高教学质量和学生的学习效果、培养学生独立动手能力和分析解决问题的能力，是一个值得我们不断研究的课题。我们在实际教学中尚存在一些问题和不足，希望在今后的教学研究和教学实践中，可以进一步探索出更好的方法，提高学生理论联系实际的能力。
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