計算機控制技術揚州大學11、幾個現象(1)

就業難、用工荒并存

中國在校大學生數量：1998年是340萬，2011年大概是3000萬左右。2010年大學畢業生640萬，全年需要就業的人員將達2400萬人左右。2010年普通高校招生657萬。高校擴招后的10年間，我國研究生人數增加到150萬左右，2010年研究生招生53.4萬人。

每年春節后用工荒嚴重。2011-08-25媒體報道，在珠海的建筑工地上，泥水工一類的農民工是以天計工資，他們的日薪是250元，就連最普通的雜工日薪也漲到200元/天。一、背景2

(2)

用人單位要求的學歷層次越來越高，本科生從事的工作大多數是工程設計、安裝、運行、維護、管理等，高學歷搶低學歷人員飯碗（殯葬工、掏糞工、賣豬肉等）；

(3)

企業更喜歡招來就能用的人才，不愿意花費精力和財力培訓員工；

(4)地方院校生源質量下降；(5)考研熱。一、背景3年份報名數(萬)增長率錄取數(萬)報錄比例201014013%46.53:12009124.63.8%47.53.3:12008120--393.0:12007128.20.8%36.43.5:12006127.128.4%40.283.2:12005117.224.0%32.4943.6:1200494.518.3%332.9:1200379.728.0%272.9:1200262.435.7%19.53.2:120014617.3%11.054.2:1200039.222.9%8.54.6:1199931.916.4%6.54.9:1199827.413.2%5.84.7:1

數據供參考2011年全國考研人數165萬,26萬人報考北京高校；教育部長袁貴仁：2011年研究生擴招總規模達30%?？佳袩幔?3千余人同上考研輔導課

2011年8月2日，眾多學生在濟南皇亭體育館內上考研輔導課。該考研輔導班由濟南一家培訓機構組織，為期1個月，共有約3500名學生同時上課，其中80%的學生來自濟南的高校。主辦方在體育館內安裝了3塊投影屏，以便館內每個角落的學生都能看到授課內容。為緩解上課壓力，主辦方還請來專業雜技演員在課間休息時表演，放松學生心情。不少參加輔導班的學生表示，時下就業壓力較大，所以放棄了寶貴的暑假，投身到考研輔導大軍中來，期待在來年的研究生入學考試中順利過關，為將來成功就業添一份籌碼。新華社發（崔健攝）

5典型的自動控制控制應用：機器人手臂NI視頻大挑戰視頻城市大挑戰視頻大狗視頻人形機器人、日本Honda機器人核化偵察機器人工業自動化智能家居……6

什么是自動控制?

在無人直接參與的情況下，通過控制器使機器、設備或生產過程自動地按照預定的規律運行。應用場合：宇航、火器控制、電力系統、機床（數控）、熱工、化工、家用電器等。

D(s)G(s)r(t)+y(t)_e(t)u(t)y(t)7什么是計算機控制？

隨著科學技術的進步，人們越來越多地用計算機來實現控制系統。即用計算機的硬件和軟件來實現控制器的功能。這是用計算機取代模擬控制器的初衷。

特點：

1.用軟件可以實現復雜的控制規律；

2．可以顯示、存儲、打印系統的運行狀態。具有報警 功能；人機接口功能。

3．控制規律可以很方便的改變。

4．通訊組網功能。

計算機控制=計算機技術+自動控制理論+

通訊技術+網絡技術81.1計算機控制系統概述IntroductiontoComputerControlSystems91-1-1計算機控制系統及其組成常規控制系統的工作原理模擬調節器執行機構被控對象測量變送器設定值reu被調參數y圖a

單回路常規控制系統示意圖ym按偏差e進行控制，目的是減少或消除偏差。1.1計算機控制系統概述101.計算機控制系統

計算機控制系統：應用計算機（控制計算機）來實現生產過 程自動控制的系統。（1）計算機控制系統的工作原理實時數據采集：對來自測量變送器的信號進行檢測和輸入。實時決策控制：對采集的信號分析處理，按已定的控制規律，決定控 制行為。實時控制輸出：根據控制決策，適時地對控制機構發出控制信號。

實時報警： 系統出現故障時，及時發出聲光信號，并記錄故障。單回路計算機控制系統示意圖u計算機保持器被控對象測量變送器e(kT)u(kT)被調參數yYm(kT)采樣器A/DD/A計算機系統設定值r(kT)11(2)有關計算機控制的幾個概念在線形式與離線形式在線方式：生產過程和計算機直接相連，受計算機控制。 亦稱聯機方式。離線方式：生產過程不和計算機相連，不受計算機控制， 靠人進行聯系并進行相應操作。亦稱脫機方 式。12閉環與開環

開環：計算機僅采集生產過程的參數，經處理后送至打印機、 顯示器。不直接改變生產過程的參數。

閉環：計算機直接參加控制。實時的含義

實時：信號的輸入、計算和輸出都要在規定的時間段內完成。計算機以足夠快的速度進行處理，超出了這個時間段，就失去了控制的時機，控制也就失去了意義。

實時的概念不能脫離具體過程，一個在線的系統不一定就是一個實時系統，但一個實時控制系統必定是在線系統。13

計算機控制系統原理圖計算機控制系統可以分為兩大組成部分：控制計算機和生產過程1.計算機控制系統的組成141.計算機控制系統的組成152.常用的計算機控制系統主機（1）PLC162.常用的計算機控制系統主機（2）工業控制計算機172.常用的計算機控制系統主機（3）嵌入式系統（嵌入式微處理器；嵌入式微控制器；嵌入式微DSP；嵌入式微片上系統）182.常用的計算機控制系統主機（4）智能調節器192.計算機在控制系統中的主要作用進行實時數據處理對生產過程實施實時控制

對生產過程進行監督與管理3.

計算機控制系統的主要優點組成方式靈活能實現復雜的控制規律獲取更大的經濟效益為實現企業綜合自動化打下了良好的基礎201.1.2計算機控制系統的典型形式計算機控制系統的分類ClassificationofComputerControlSystem21操作指導控制系統組成框圖顯示終端打印機微型機工業對象A/D轉換器采樣器測量元件調節器1.操作指導控制系統

計算機根據控制算法和測量元件測得的信號數據，計算出供操作人員選擇的最優操作條件及操作方案。22操作指導控制系統屬于開環控制系統。計算機根據控制算法(數學模型)和測得的信號數據，計算出最優操作條件及操作方案。操作人員根據計算機的輸出信息（CRT顯示圖形或數據、打印機輸出）等去改變控制器的給定值或直接操作執行機構。操作指導控制系統的特點:

①結構簡單，控制靈活和安全；②可減少大量常規顯示、記錄儀表；③無輸出過程通道；④人工操作，速度受到限制，不易控制多個對象。23計算機巡回檢測系統數

字計算機CRT打印機報警過程輸入通道

測量變送測量變送被控生產過程執行機構

人主要用于記錄生產過程的運行信息，輸入通道較多。242.計算機直接數字控制（DDC）系統252.計算機直接數字控制（DDC）系統直接數字控制(DDC)計算機CRT打印機報警操作臺過程輸入通道

測量變送測量變送被控生產過程過程輸出通道執行機構執行機構

……

……計算機首先通過模入通道、開入通道實時采集數據，然后按照控制規律進行計算，最后發出控制信息，并通過模出通道、開出通道直接控制生產過程。

DDC系統屬于閉環控制系統，是計算機在工業生產過程中最普遍的一種應用方式。計算機取代了模擬調節器。26DDC控制的特點：

①系統直接控制生產過程，屬閉環控制。

②可控制多個回路。

③可實現靈活的控制算法，改變軟件即可變更控制算法。④

對計算機要求實時性好、可靠性高。273.計算機監督控制(SCC)系統在計算機監督控制SCC(SupervisoryComputerContro1)系統中，計算機根據原始工藝信息和采集的過程參數，按照生產過程的數學模型，自動地改變模擬調節器或以DDC方式工作的數字控制器的給定值，從而使生產過程始終處于最優工況(如保持高質量、高效率、低消耗、低成本等等)。

SCC的作用是改變控制器的給定值，所以又稱為設定值控制SPC(SetPointContro1)283.計算機監督控制(SCC)系統SCC系統有兩種不同的結構形式：

SCC+模擬調節器

SCC+DDC控制系統29SCC+模擬調節器控制系統原理圖

管理命令報告SCC給定值測量值A/D多路開關檢測元件生產過程.....

SCC計算機對各物理量進行巡回采集，按數學模型對生產工況進行分析、計算出生產過程各參數最優給定值，送給模擬調節器，使工況保持在最優狀態。當SCC微型機出現故障時，可由模擬調節器獨立完成操作。適用已有模擬調節器的企業技術改造。模擬調節器(1)SCC+模擬調節器30管理命令報告SCC給定值測量值A/D多路開關檢測元件生產過程DDCD/A反多路開關...SCC+DDC控制系統原理圖

(2)SCC+DDC控制系統實際上是一個二級控制系統。SCC計算機可采用高檔微型機，它與DDC計算機之間通過接口進行信息聯系。SCC計算機可完成工段、車間一級的最優化分析和計算，并給出最優給定值，送給DDC級。當DDC級微型機出現故障時，可由SCC微型機完成DDC的控制功能，這種系統提高了可靠性。31SCC控制的特點：①

一般SCC計算機不直接參加控制，而是僅給出設定值；②可使生產過程處于最優工況；③

最優工況的實現取決于生產過程的數學模型。32計算機控制發展初期，控制計算機采用的是中、小型計算機，價格昂貴。為充分發揮計算機的功能，對復雜的生產對象的控制都是采用集中控制方式。一臺計算機控制多個設備，多個回路。計算機的可靠性對整個生產過程的影響舉足輕重，一旦計算機出故障，生產過程陷于癱瘓。采用冗余技術，另外增加備用計算機，投資太大。分級計算機控制思想:在SCC系統的基礎上，用多臺計算機組成的分級控制可以有效地解決一臺計算機出故障而影響整個系統的弊端。微型計算機的出現提供了分級控制的物質基礎。如何才能解決可靠性問題？33分級計算機控制系統層次結構圖示分級計算機控制系統是一個四級系統。裝置控制級（DDC級）車間監督級（SCC級）工廠集中控制級（MIS）企業管理級（MIS）34

集散控制系統是分散型綜合控制系統（TotalDistributedControlSystems）的簡稱。它以微型計算機為核心，把微型機、工業控制計算機、數據通信系統、顯示操作裝置、輸入/輸出通道、模擬儀表等有機地結合起來，采用組合組裝式結構組成系統，為實現工程大系統的綜合自動化創造了條件。

DCS重要特征采用分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協調的設計原則，把系統從上到下分為分散過程控制級、集中操作監控級、綜合信息管理級，形成分級分布式控制。4.計算機集散控制系統（DCS）特點：①控制分散，顯示操作集中。②系統可靠性高。35

(1）分散過程控制級直接面向生產過程，是DCS的基礎。它直接完成生產過程的數據采集、調節控制、順序控制等功能。其輸入信息來自傳感器的信號，如熱電偶、熱電阻、變送器(溫度、壓力、液位)及開關量等信號，其輸出驅動執行機構。構成這一級的主要裝置有：①現場控制站(工業控制機)；②可編程序控制器(PLC)；

③智能調節器；④其它測控裝置。

PLC36(2）集中操作監控級：這一級上的過程管理計算機實現綜合監視設備運行過程，模擬畫面集中顯示、控制回路組態和參數修改、對所有機電設備運行過程優化處理、運行報告、趨勢圖顯示等。PLC37(3）綜合信息管理級：管理級居于自動化系統的最高一層，它管理的范圍很廣。把這些功能都集成到軟件系統中，通過綜合計劃，在各種變化條件下，結合多種多樣的條件和能量調配，以達到最優解決這些問題。PLC385.現場總線控制系統

80年代發展起來的DCS，其結構模式為：“操作站－－控制站－－現場儀表”三層結構，系統成本較高。用模擬信號傳遞信息。各廠商的DCS有各自的標準，不能互聯?，F場總線控制系統結構模式為：“工作站——現場總線智能儀表”二層結構。用數字信號取代模擬信號，使得現場儀表發送的信息可經串行總線傳至操作站。FCS用二層結構完成了DCS中的三層結構功能，降低了成本，提高了可靠性。

國際標準統一后，可實現真正的開放式互連系統結構。395.現場總線控制系統

405.現場總線控制系統

41工作站——現場智能儀表----變送器智能部件工作站——現場智能儀表----智能電磁流量計現場總線智能儀表426綜合自動化系統

由企業資源信息管理系統ERP（EnterpriseResourcesPlanning）、生產執行系統MES（ManufacturingExecutionSystem）和生產過程控制系統PCS（ProcessControlSystem）構成的三層結構，已成為綜合自動化系統的整體解決方案。綜合自動化系統主要包括制造業的計算機集成制造系統和流程工業的計算機集成過程系統。計算機集成制造系統(CIMS-ComputerIntegratedManufactureSystem)

計算機集成過程系統（CIPS-ComputerIntegratedProcessSystem）43控制計算機的分類單片機智能調節器44工業控制機（IPC）可編程控制器（PLC）45集散系統（DCS）現場總線（FCS）46DSP47ARM（AdvancedRISCMachines）RISC(ReducedInstructionSetComputer)精簡指令集計算機

ARM是32位高性能嵌入式處理器48495051525354551.2工業控制機的組成結構及特點

StructureandCharacteristicsofindustryControlComputer561-2-1

工業控制機的組成工業控制機：硬件和軟件兩部分。

硬件：主機(CPU、RAM、ROM)板、、人－

機接口、系統支持板、磁盤系 統、通信接口、輸入輸出通道。 內部總線和外部總線。

軟件：系統軟件、支持軟件、應用軟件。57工業控制機的硬件組成框圖

1.工業控制機的硬件組成（1）主機板含CPU、RAM、ROM等。作用：數值計算、邏輯判斷、數據處理。58（2）內部總線和外部總線內部總線：工控機內部各部分進行信息傳送的公共通道，它 是一組信號線的集合。外部總線：工控機與其它計算機和智能設備進行信息傳遞的 公共通道。（3）人—機接口鍵盤、顯示器、打印機。（4）系統支持功能①監視定時器（Watchdog)：俗稱“看門狗”(Watchdog)。 主要作用:當系統因干擾或軟故障等原因出現異常 時，如“飛程序”或程序進入死循環，Watchdog可使 系統自動恢復運行，提高系統的可靠性。59③后備存儲器：

Watchdog和掉電檢測功能均要配置 后備存儲器。后備存儲器一般容量不大，它在系 統掉電后保證所存數據不丟失，通常有帶后備電 池的SRAM、E2PROM、FLASH。②電源掉電檢測：工控機運行時，如出現電源掉 電故障，應及時發現并保護當時的重要數據和各 寄存器的狀態。一旦上電后，工控機能從斷電處 繼續運行。 電源掉電檢測的目的：檢測到交流電源掉電， 保護現場。60④實時日歷時鐘：控制系統中往往要求時間驅動和事件驅動 的能力 在指定時刻設置某些控制功能，屆時工控機應 自動執行預定的任務；工控機自動記錄某個動作是在何時發生的。 常用的實時日歷時鐘芯片有DS1216、DS1287等。

要求：

◆在掉電后仍然不停地正常工作。 ◆

記時準確（5）磁盤系統半導體虛擬盤，軟磁盤，硬磁盤。61（6）通信接口 工業控制機與智能外設通信的接口。RS-232C、IEEE-488接口。（7）輸入輸出通道工業控制機與生產過程之間的信號傳遞和變換連接的通道。

模擬量輸入(AI)通道、模擬量輸出(AO)通道、數字量(開關量)輸入(DI)通道、數字量(開關量)輸出(DO)通道，

作用:

將生產過程的信號變換成主機能夠接受和識別的代碼；將主機輸出的控制命令和數據，經變換后作為執行機構或電氣開關的控制信號。622.工業控制機的軟件組成

（1）系統軟件 實時多任務操作系統、引導程序、調度執行程序。如Intel的iRMX86、DOS、Windows、UC/OS-II。（2）支持軟件 匯編語言、高級語言、編譯程序、編輯程序、調試程序、診斷程序、組態程序。（3）應用軟件 針對某個生產過程而編制的控制和管理程序。包括：輸入程序、控制程序、輸出程序、人機接口程序、打印顯示程序等。

631-2-2

工業控制機的總線結構總線的定義:

總線:一組信號線的集合，定義了各引線的信號、電氣、機械特性，使計算機內部各部分之間建立信號聯系，進行信息的傳遞和通信。

按總線標準設計和生產的計算機模板，經過不同的組合，可以配置成各種用途的計算機系統?？偩€是工業控制機的重要組成部分，它包括內部總線和外部總線。641.內部總線

內部總線：計算機內部功能模板之間進行通信的總線，它是構成完整的計算機系統的內部信息樞紐。每種型號的計算機都有自身的內部總線，例如PC總線有62根引線，STD總線有56根引線。各種內部總線數目不同，但按功能可分為數據總線DB、地址總線AB、控制總線CB、電源總線PB四部分。內部總線采用母板結構，母板上各插槽的同號引腳都連接在一起。組成計算機系統的各功能模板插入槽內，由總線完成各模板之間的信息傳送。65（1）PC總線指IBM公司創建的IBMPC或IBMPC/XT計算機的內部總線，它是62引腳的并行總線。

IBMPC或IBMPC/XT機的CPU是Intel公司的8088(準16位CPU)，它與16位CPU8086相兼容。由于PC總線應用十分廣泛，因此，計算機系統幾乎全部含有這種總線結構，即在總線母板上設置了多個PC總線插槽。①PC總線插槽引線信號的分布

PC總線共有62條引線，其插槽引線信號的分布如下頁所示。

66②

PC總線插槽引線信號的含義

PC總線插槽引線信號的含義見下頁。

地址線：A0–A19

數據線：D0–D7

部分控制線：67D68（2）STD總線

STD總線是56根并行計算機總線，由MattBiewer研制。美國Prolog和Mostek公司1978年12月首先采用，于1987年批準為IEEE961標準。6970712.外部總線(留待7.1數據通信技術介紹)

外部總線：計算機與計算機之間或計算機與其它智能設備之間進行通訊的總線。常用的外部總線有IEEE-488并行總線與RS-232C串行總線。

（1）RS-232C串行通訊總線

RS-232C是由美國電子工業協會（EIA）制定的一種串行接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數。72RS-232C連接插頭：

RS-232C的機械特性要求使用一個25芯標準連接插頭，每個引腳有固定的定義，下頁表列出了其功能特性?，F在有簡化的9芯連接插頭。

7374RS-232C的電氣特性：采用負邏輯。 邏輯“1”:-15V～-5V，傳號(MARK)

邏輯“0”:+5V～+15V，空號(SPACE)。其中-5V～+5V用作信號狀態的變遷區。

RS-232C總線規定了其通信距離不大于15米，傳送信號的速率不大于20kbps，每個信號使用一根導線，并公用一根信號地線。759芯RS-232C總線接口標準引腳號信號名稱方向信號功能1DCDPC機←儀器PC機收到遠程信號（載波檢測）2RXDPC機←儀器PC機接收數據3TXDPC機→儀器PC機發送數據4DTRPC機→儀器PC機準備就緒terminal5GND-信號地6DSRPC機←儀器儀器準備就緒7RTSPC機→儀器PC機請求發送數據8CTSPC機←儀器儀器已切換到接收狀態（清除發送）9RIPC機←儀器通知PC機，線路正常（振鈴指示）76RS-232C信號電平與TTL電平轉換： 一般的RS-232C串行接口采用TTL輸入輸出電平，為了滿足RS-232C信號電平，采用集成電路MC1488發送器和MC1489接收器，進行TTL電平與RS-232C電平的相互轉換及接口，如下圖所示。缺點：傳送距離短，由于采用單端輸入和公共信號地 線，所以容易引進干擾。77電平轉換芯片介紹

(1)驅動器的輸出電平邏輯0：+5V～+15V；邏輯1：-5V~-15V(2)接收器的輸入檢測電平邏輯0：＞+3V；邏輯1：＜-3VRS-232C使用的是負邏輯。

MAX23278（2）IEEE-488并行通訊總線

IEEE-488總線也稱GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）總線。由美國HP公司提出，命名為HP-IB。IEEE以此為基礎，制定了IEEE-488標準(GPIB)。79①IEEE-488總線的約定及特點

總線電纜為無源電纜線，包括16條信號線和8條地線；

系統中通過總線互連的設備不得超過15臺；

總線電纜長度不超過20米，或儀器設備數乘分段電纜長度總和不超過20米；

信號傳輸速率一般為500kbps，最大傳輸速率為1Mbps；

地址容量為：“聽”地址31個，“講”地址31個，最多地址容量可擴展到961個；

總線上傳輸的消息為負邏輯:

低電平（≤+0.8V）為邏輯“1”， 高電平（≥2.0V）為邏輯“0”；

采用按位并行，字節串行、三線握手、雙向異步的傳輸方式。80②總線的一般描述

總線所連的設備有三種類型：控者、聽者、講者?！爸v者”：講者是產生和向總線發送設備消息的設備。一個系統可以有兩個以上的講者，但在任一時刻只能有一個講者向總線發送設備消息。81“聽者”：聽者是從總線上接收消息的設備。在系統內，可以同時有若干個聽者同時接收同樣的消息。

“控者”：控者是數據傳輸過程的組織者和控制者。它指定每次數據傳輸過程的講者和聽者，處理其它設備提出的服務請求，對接口進行管理等。通常，由計算機充當控者，允許系統中有多臺設備具有控制功能，但每一時刻只有一臺設備充當控者。

82③總線的引腳分配及功能

IEEE-488采用24芯D型插頭座，它們的引線分配如下表所示。831-2-3

工業控制機的特點1.可靠性高和可維修性好可靠性和可維修性對控制系統來說是兩個非常重要的因素，決定著系統的可用程度。

可靠性的簡單含義是指設備在規定的時間內運行不發生故障?？删S修性是指工控機發生故障時，維修快速、簡單、方便。

2.環境適應性強工業現場環境惡劣，這就要求工控機適應高溫、高濕、腐蝕、振動、沖擊、灰塵等環境。

工業環境電磁干擾嚴重，供電條件不良，工業控制機必須要有極高的電磁兼容性。843.控制的實時性

工業控制機應具有時間驅動和事件驅動能力，要能對生產過程工況變化實時地進行監視和控制。為此，需要有實時時鐘和中斷系統，有條件最好用實時操作系統。4.完善的輸入輸出通道

為了對生產過程進行控制，需要給工業控制機配備完善的輸入輸出通道，如模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入、數字量輸出、人-機通信設備等。855.豐富的軟件

工業控制機應配備較完整的操作系統、適合生產過程控制的應用程序。工業控制軟件正向結構化、組態化方向發展6.適當的計算機精度和運算速度一般的生產過程，對于控制精度和運算速度要求并不苛刻。通常字長為8～32位，速度在每秒幾萬次至幾百萬次即可。隨著自動化程度的提高，對于精度和運算速度的要求也在不斷提高，應根據具體的應用對象及使用方式，選擇合適的機型。861-3計算機控制系統的發展與趨勢

1946年世界上第一臺電子計算機ENICA正式使用以來，電子計算機在世界各國得到了極大的重視和迅速的發展。

計算機控制技術是自動控制理論與計算機技術相結合的產物，它的發展同樣也離不開自動控制理論和計算機技術的發展。871-3-1計算機控制系統的發展概況

計算機技術的發展過程（1）開創時期（1955～1962年）（2）直接數字控制時期（1962～1967年）（3）小型計算機時期（1967～1972年）（4）微型計算機時期（1972年至今）881.計算機技術的發展過程

50年代中期在生產過程控制中采用數字計算機。1956年3月，美國德州的一個煉油廠與美國的TRW航空工業公司進行計算機控制研究。歷經3年的努力，設計出了一個采用RW－300計算機控制的聚合裝置的系統。

該系統控制26個流量、72個溫度、3個壓力、3個成分?？刂颇康氖鞘狗磻鞯膲毫ψ钚。_定對5個反應器供料的最佳分配，根據催化劑活性測量結果來控制熱水的流量以及確定最優循環。

TRW公司的這項開創性工作，為計算機控制技術的發展奠定了基礎。從此，計算機控制技術獲得了迅速的發展。89（1）開創時期(1955～1962年)

早期計算機使用電子管，體積龐大，價格昂貴，可靠性差，所以它只能從事一些操作指導和設定值控制。過程控制向當時的計算機提出了許多特殊的要求，需要它對各種過程命令作出迅速響應，從而導致中斷技術的發明，使計算機能夠對更緊迫的過程任務及時做出反應。

90（2）直接數字控制時期(1962～1967年)

早期的計算機控制按照監督方式運行，屬于操作指導或設定值控制，仍需要常規的模擬控制裝置。

1962年，英國的帝國化學工業公司利用計算機完全代替了原來的模擬控制。該計算機控制224個變量和129個閥門。由于計算機直接控制過程變量，完全取代了原來的模擬控制，稱這樣的控制為直接數字控制，簡稱DDC。采用DDC系統的初始投資較大，以后增加一個控制回路并不需要增加很多費用。靈活性是DDC系統的又一個優點，改變模擬控制系統需要改變線路，而改變計算機控制系統只需要改變程序即可。

DDC是計算機控制技術發展方向上的重大變革，為以后的發展奠定了基礎。91（3）小型計算機時期(1967～1972年)

整個60年代計算機技術有了很大的發展，主要特點：體積更小，速度更快，工作可靠，價格更便宜。

60年代后半期，出現了各種類型的適合工業控制的小型計算機，使得計算機控制系統不再是大型企業的工程項目，對于較小的工程問題也能利用計算機來控制。由于小型機的出現，過程控制計算機的臺數迅速增長。

92（4）微型計算機時期(1972年～至今)

在1972年之后，微型計算機的出現和發展，使計算機控制技術進入了嶄新的階段。在1980年代，出現了超大規模集成電路，以此制造了各種類型的計算機。制造出大量的分級遞階控制系統、分散型控制系統、專用控制器等，對工業的發展起到了巨大促進作用。與計算機的硬件相比，計算機控制的軟件的發展則慢得多，在20世紀50年代至70年代，軟件生產的改進很有限。到70年代末，很多計算機控制系統仍采用匯編語言編程。現在流行用高級語言進行實時控制，如C、BASIC、Forth等語言，這是今后的發展方向。

932．計算機控制理論的發展過程

（1）采樣定理（2）差分方程（3）Z變換法（4）狀態空間理論（5）最優控制與隨機控制（6）代數系統理論（7）系統辨識與自適應控制（8）先進控制技術942．計算機控制理論的發展過程

采樣定理所有的計算機控制系統都使用數字計算機，它們只能按離散的過程變量值來工作。存在采樣過程，如何采樣，信號才能重現出來。此關鍵性的問題由乃奎斯特解決了。他證明，要把正弦信號從它的采樣值中復現出來，每周期至少必須采樣兩次。香農(Shannon)于1949年在他的重要論文中完全解決了這個問題。95差分方程

采樣系統理論的最初起源與某些特殊控制系統的分析有關。奧爾登伯格和薩托里厄斯在1948年研究落弓式檢流計的特性，這項研究對采樣系統理論做出了最早的貢獻。許多采樣系統的特征都可以通過分析一個線性時不變的差分方程來理解，即用差分方程代替了微分方程。 例如，穩定性研究可以采用舒爾—科恩法，它相當于連續時間系統的勞斯—霍爾維茲判據。96

Z變換法

拉氏變換理論是連續時間系統分析的重要工具。為采樣系統建立一種類似的變換理論將簡化系統分析與設計?；魻柧S茲于1947年對序列{f(kT)}引進了一個變換，定義為

這種變換由拉格茲尼和扎德于1952年定義為Z變換。97狀態空間理論

狀態空間理論的建立得益于來自許多數學家的共同努力。例如，萊夫謝茲、龐特里亞金、貝爾曼?？柭褷顟B空間法應用于控制理論，享有較高的聲譽，他建立了許多概念并解決了許多重要問題。

最優控制與隨機控制

在二十世紀50年代后期，貝爾曼(1957年)與龐特里亞金等人(1962年)證明了許多設計問題都可以形式化為最優化問題。60年代初，隨機控制理論的發展，引出所謂線性二次型高斯(LQG)理論。98

代數系統理論

代數系統理論對線性系統理論有了更好的理解，并應用多項式方法解決特殊問題。

系統辨識與自適應控制

奧斯特隆姆和威頓馬克等人在系統辨識與自適應控制方面作出了重要貢獻。在理論聯系實際方面，奧斯特隆姆教授處于領先地位，他提出的自校正調節器便是一個突出的例子。991-3-2計算機控制系統的發展趨勢

根據目前計算機控制技術的發展情況，展望未來，前景誘人。要發展計算機控制技術，必須對生產