计算机检测和控制

　　计算机检测和控制（汉语拼音：jì suàn jī jiǎn cè hé kòng zhì），（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。它能够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，提高工效和保证操作安全。

　　计算机检测　试验和生产过程所产生和需要的数据是计算机检测的对象，具有明确的实时性。纯粹的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。检测要经过数据采集，数据的记录、整理和提供两大步骤：

　　1.数据采集。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对于模拟量数据采集，各传感器输出信号的形式和幅度很不一致，所以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，将各该通路的模拟量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的采集，只需1 位二进码表示。经过信号调节器和状态判别电路，每个状态判别数据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状态变换的次数（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 。通过寄存器也可以将数字量的数据如数字电压表的测量值等送入计算机。

　　2.数据的记录、整理和提供。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，并根据可测参数的测量数据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、参数的统计分布等的值，并及时地用多种形式提供给操作人员参考。

　　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等。

　　1.控制回路。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。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较大的限制。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，使模拟量不能实现的许多控制方法得以实现。

　　2.PID算法和控制器。PID算法，即比例——积分——微分三 模式算法，是早期就发展并得到广泛应用的一种控制法则。PID算法不一定要求很复杂的硬件。早期的PID控制器都用简单的模拟电路来实现。20世纪60年代初，由于数字技术的发展，PID 算法已能由计算机对多个控制回路进行分时采样和计算实现。发展到80年代，利用超大规模集成电路制成的控制器不但可以实现 PID控制，还可以实现其他的控制功能。

　　3.前馈控制法。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。

　　4.多变量控制法。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。

　　5.自适应控制法。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。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。自适应控制法还处于研究阶段。

　　6.推算控制法。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 ，通过推算而得到受控参数的值，并据此采取相应的控制措施。推算控制法还可与自适应控制法结合使用。

　　接口标准　计算机检测和控制系统常由多台设备组成 ，这些设备之间通过总线互相联接。总线规定了接口标准以保证设备互联的兼容性。国际常用的标准有两种：一种是美国电气和电子工程师学会IEEE-488标准。其特点是简单紧凑 ，适用于小型系统 。另 一 种是计算机自动测量和控制系统即CAMAC系统。该系统原由英国原子能研究机构开发和采用 ，后被美 国电气和电子工程师学会接受，成为IEEE-583标准。其特点是容纳的设备多，地理分布广，数据精度高，适用于大型的计算机检测和控制系统。

　　程序控制　计算机控制的一种特殊形式。如果系统不存在干扰源，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系统，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被称为程序控制 ，它在计算机辅助制造中广泛应用。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。

　　计算机监控　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做不到自动控制；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，如战略导弹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。