CN105116741A - 计算机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算机控制系统，属于机电一体化领域。计算机控制系统包括控制装置和与控制装置连接的被控对象，控制装置包括硬件系统和软件系统，硬件系统包括计算机主机、接口电路、输入/输出通道和外部设备，计算机主机通过接口电路与输入/输出通道和外部设备连接，输入/输出通道包括数字量通道和模拟量通道，模拟量通道用于将被控对象参数中模拟信号转换为数字信号传送给计算机主机和将计算机主机中数字信号转换为模拟信号传送给被控对象控制被控对象，计算机主机将开关量信号通过数字量通道传送至被控对象，被控对象将开关量信号通过数字量通道反馈至计算机主机，计算机控制系统能够实现非线性控制、逻辑控制、自适应和自学习控制。

Description

计算机控制系统

技术领域

本发明涉及机电一体化领域，特别涉及计算机控制系统。

背景技术

计算机控制系统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。该计算机通常指数字计算机，当然还可以为具有各种规模的计算机，例如从微型到大型的通用计算机或专用计算机等。

而计算机控制系统的关键在于计算机控制技术，计算机控制技术是以电子技术、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，通过综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，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技术。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在机电一体化领域中，无法实现具有较为复杂的控制规律的自动化控制。

因此，确有必要提供一种计算机控制系统。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种计算机控制系统。所述技术方案如下：

本发明的一个目的是提供了一种计算机控制系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种计算机控制系统，所述计算机控制系统包括控制装置和与所述控制装置连接的被控对象，所述控制装置包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括计算机主机、接口电路、输入/输出通道和外部设备，所述计算机主机通过所述接口电路分别与所述输入/输出通道和所述外部设备连接，

所述输入/输出通道包括数字量通道和模拟量通道，所述模拟量通道用于将所述被控对象的参数中的模拟信号转换为数字信号传送给计算机主机和将所述计算机主机中的数字信号转换为模拟信号传送给所述被控对象，以实现所述被控对象的控制，所述计算机主机将开关量信号通过所述数字量通道传送至所述被控对象，所述被控对象将所述开关量信号通过所述数字量通道反馈至所述计算机主机，

所述软件系统包括实时软件和开发软件。

进一步地，所述计算机控制系统还包括多个检测变送通道，所述多个检测变送通道中的每一个均包括传感器和变送器，所述传感器用于检测所述被控对象的参数信息并将所述参数信息转换为电信号，所述变送器用于将所述电信号转变成标准电信号，所述电信号为模拟信号。

具体地，所述模拟量通道包括模数转换器和多路开关，所述模数转换器的输出端通过所述接口电路与所述计算机主机连接，所述模数转换器的输入端与所述多路开关的输出端连接，所述多路开关的输入端与所述多个检测变送通道的输出端连接，

在使用时，所述多路开关根据需要选择所述多个检测变送通道中的一个通道所传递的电信号，并将所选择的所述电信号通过所述模数转换器转换为数字信号传送至所述计算机主机。

进一步地，所述模拟量通道还包括至少一个数模转换器，且所述至少一个数模转换器通过所述接口电路与所述计算机主机连接。

进一步地，所述计算机控制系统还包括执行机构，所述执行机构与所述被控对象连接，用于按照所述计算机主机输出的数字信号控制所述被控对象，

所述至少一个数模转换器中的每一个将所述计算机主机输出的所述数字信号转换为模拟信号并传送至相应地所述执行机构。

具体地，所述数字量通道包括开关量输入通道和开关量输出通道，所述开关量输入通道用于所述被控对象将所述开关量信号通过所述数字量通道反馈至所述计算机主机，所述开关量输出通道用于所述计算机主机将开关量信号传送至所述被控对象，以实现控制所述被控对象。

进一步地，所述外部设备设置为操作台，所述操作台用于操作者发出操作命令，所述操作台包括开关部件、功能部件、显示部件和数据部件，所述开关部件包括所述电源开关和所述功能部件的功能选择开关，所述功能部件包括启动键、显示键和打印键，所述显示部件用于显示所述计算机控制系统工作状态和所述被控对象传送至所述计算机主机中的参数，所述数据部件用于所述操作者输入数据或修改所述计算机控制系统中的参数。

进一步地，所述实时软件包括系统软件和应用软件，所述系统软件用于使用和管理计算机控制系统，所述系统软件包括数据库、中文系统和文件管理系统，所述应用软件包括数模转换程序、模数转换程序、数据采样滤波程序、计算程序和控制算法程序。

具体地，所述开发软件包括语言处理程序、服务程序、调试程序和仿真程序。

具体地，所述计算机控制系统用于非线性控制、逻辑控制、自适应控制和自学习控制。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

(1)本发明提供的计算机控制系统能够实现非线性控制、逻辑控制、自适应和自学习控制等；

(2)具有完善的输入/输出通道，包括模拟量输入/输出通道和数字量或开关量输入/输出通道等，这是微型机有效发挥其控制功能的重要保证；

(3)具有实时控制功能，换句话说，就是具有完善的中断系统、实时时钟及高速数据通道，以保证对被控对象状态和参数的变化；

(4)在紧急情况时具有迅速响应能力，并能够实时地在微型机与被控对象之间进行信息交换；

(5)可靠性高，对环境适应性强，以满足在生产现场应用的要求；

(6)具有丰富、完善、能正确反映被控对象运动规律并对其进行有效控制的软件系统。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的计算机控制系统的原理结构示意图；

图2是图1所示的计算机控制系统的基本工作原理图；

其中，10被控对象，20计算机主机，30外部设备，31操作台，51数字量通道，511开关量输入通道，512开关量输出通道，52模拟量通道，521模数转换器，522多路开关，523数模转换器，60检测变送通道，61传感器，62变送器，70执行机构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，其示出了根据本发明的一个实施例的计算机控制系统的结构和原理。计算机控制系统包括控制装置和与控制装置连接的被控对象10，控制装置包括硬件系统和软件系统。具体地，硬件系统包括计算机主机20、接口电路(未示出)、输入/输出通道和外部设备30，计算机主机20通过接口电路分别与输入/输出通道和外部设备30连接。软件系统(未示出)包括实时软件和开发软件。

计算机主机是整个控制系统的核心。它接收从外部设备30，例如操作台传来的命令，对系统的各参数进行巡回检测，执行数据处理、计算和逻辑判断、报警处理等，并根据计算结果通过接口电路发出输出命令。接口电路与输入/输出通道是计算机与被控对象进行信息交换的桥梁，计算机输入数据或向外发命令都是通过接口电路与输入/输出通道进行的。由于计算机只能接收数字量，而被控对象的参数既有数字量又有模拟量，因此需要把模拟量转换成数字量，这样输入/输出通道可分为数字量通道51和模拟量通道52。

具体地，模拟量通道52用于将被控对象10(即控制对象)的参数中的模拟信号转换为数字信号传送给计算机主机20和将计算机主机20中的数字信号转换为模拟信号传送给被控对象10，以实现所述被控对象的控制，计算机主机20将开关量信号通过数字量通道51传送至被控对象10，被控对象10将开关量信号通过数字量通道51反馈至所述计算机主机20。

如图2所示，计算机控制系统的基本工作原理是例如将设定值r输入计算机主机中并按照偏差e进行控制，以减少或消除偏差；之后输入例如数字计算机中的模数转换器(A/D)中，并通过模数转换器(A/D)将模拟信号转换为数字信号，然后使数字信号通过数字运算器进行运算和/或校正，将运算和/或校正后的数字信号传送至数模转换器(D/A)中，并通过数模转换器转换为模拟信号以控制被控对象。测量元件通过检测被控对象所反馈的信息，并将所反馈的信息传送至数字计算机中。

继续参见图1，在本发明的一个示例中，计算机控制系统还包括多个检测变送通道60。本领域的技术人员可以明白，多个检测变送通道60可以设置为2个、3个或者更多个检测变送通道60，本领域技术人员可以根据需要对检测变送通道的数量进行相应的选择。在每一个检测变送通道60中都设置有一个传感器61和与该传感器61相配合的变送器62。在使用中，计算机控制系统需要使用各种传感器61用于检测被控对象10的参数信息，并把各种被测参数信息转变为电信号送到计算机主机20中；变送器62用于将传感器61传送的电信号转变成标准电信号，其中电信号为模拟信号。

在本发明的一个示例中，模拟量通道52包括模数转换器521和多路开关522，模数转换器521的输出端通过接口电路与计算机主机20连接，模数转换器521的输入端与多路开关522的输出端连接，多路开关522的输入端与多个检测变送通道60的输出端连接。

计算机控制系统还包括执行机构70，执行机构70与被控对象10连接，用于按照计算机主机20输出的数字信号控制被控对象10。

模拟量通道52还包括与执行机构70连接的至少一个数模转换器523，且至少一个数模转换器523通过所述接口电路与计算机主机10连接。至少一个数模转换器523中的每一个均用于将计算机主机20输出的数字信号转换为模拟信号传送至执行机构70。当然本领域的技术人员可以明白数模转换器523可以为多路数模转换器，也可以设置为1个、2个或者更多个，执行机构70同样也可以设置为1个、5个或者更多个，本领域技术人员可以根据需要对数模转换器523和/或执行机构70的数量进行相应的选择。当然还可以理解，可以多个数模转换器523共用一个执行机构70，还可以一个数模转换器523将模拟信号传送给多个执行机构70，也可以多个数模转换器523将模拟信号传送给多个执行机构70。

在使用时，计算机主机将数字信号通过接口电路传送至数模转换器523，之后通过数模转换器523转换为模拟信号，并将所转换的模拟信号传送至执行机构70，执行机构70根据所接收的模拟信号控制被控对象10，被控对象10根据所接收的模拟信号运作，并将信息进行反馈。

传感器61检测被控对象10所反馈的信息，并将所反馈的信息中转换为电信号传递至变送器62，之后变送器62将所接收的电信号中的非标准电信号，转换为计算机接收的标准的电信号。之后多路开关522根据需要选择多个检测变送通道60中的一个通道中的变送器62所传递的电信号，并将所选择的电信号通过模数转换器521转换为数字信号，之后将所转换的数字信号通过接口电路传送至计算机主机20。

在本发明的一个示例中，数字量通道51除了完成编码数字输入输出外，还包括开关量输入通道511和开关量输出通道512。开关量输入通道511用于被控对象10将开关量信号通过数字量通道反馈至计算机主机20；开关量输出通道512用于计算机主机20将开关量信号传送至被控对象10，以实现控制被控对象10。例如可以将计算机控制系统中的各种继电器、限位开关等的状态通过其中的开关量输入通道511传送给计算机主机20，还可以将计算机发出的开关动作逻辑信号通过开关量输出通道512传送给被控系统中的各个电子开关或电磁开关。

计算机控制系统中最基本的外部设备30是操作台31，它是人机对话的联系纽带，操作者通过它可发出各种操作命令，显示系统的工作状态和数据，并可输入各种数据。一般操作台31包括开关部件、功能部件、显示部件和数据部件。开关部件例如包括电源开关、功能选择开关等，功能部件包括启动键、显示键和打印键等，显示部件用于显示计算机控制系统工作状态和各种被控对象的被控参数，数据部件用于操作者输入数据或修改计算机控制系统中的参数。

在本发明的另一个示例中，计算机控制系统还常配有串行通信口、打印机、CRT显示终端等其他外部设备。本领域技术人员可以根据需要选择配置外部设备30，也可以根据需要增加其他的外部设备，对计算机控制系统的功能进行相应地扩展。

在本发明的还一个示例中，计算机控制系统还需要软件支持系统运行，并对系统进行管理和控制。对于计算机控制系统来讲，软件系统可分为两大类，包括实时软件和开发软件。实时软件是指在进行实际控制时使用的软件；开发软件是指在开发、测试控制系统时使用的软件。

实时软件可分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是通用软件，一般是由计算机设计者提供，专门用来使用和管理计算机。对计算机控制系统来讲，最主要的系统软件为实时多任务操作系统，另外系统软件还可能使用数据库、中文系统、文件管理系统等。应用软件是面向用户本身的程序，如控制系统中各种模数(A/D)转换程序、数模(D/A)转换程序、数据采样滤波程序、计算程序以及各种控制算法程序等。

开发软件包括各种语言处理程序(例如汇编程序、编译程序)、服务程序(例如装配程序、编辑程序)、调试和仿真程序等。它一般仅在开发计算机控制系统时使用，调试完成后，在实际运行时一般不使用开发软件。

在本发明的一个示例中，计算机控制系统用于进行非线性控制、逻辑控制、自适应控制和自学习控制。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

(1)本发明提供的计算机控制系统能够实现非线性控制、逻辑控制、自适应和自学习控制等；

(2)具有完善的输入/输出通道，包括模拟量输入/输出通道和数字量或开关量输入/输出通道等，这是微型机有效发挥其控制功能的重要保证；

(3)具有实时控制功能，换句话说，就是具有完善的中断系统、实时时钟及高速数据通道，以保证对被控对象状态和参数的变化；

(4)在紧急情况时具有迅速响应能力，并能够实时地在微型机与被控对象之间进行信息交换；

(5)可靠性高，对环境适应性强，以满足在生产现场应用的要求；

(6)具有丰富、完善、能正确反映被控对象运动规律并对其进行有效控制的软件系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种计算机控制系统，其特征在于，

所述计算机控制系统包括控制装置和与所述控制装置连接的被控对象，所述控制装置包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括计算机主机、接口电路、输入/输出通道和外部设备，所述计算机主机通过所述接口电路分别与所述输入/输出通道和所述外部设备连接，

所述输入/输出通道包括数字量通道和模拟量通道，所述模拟量通道用于将所述被控对象的参数中的模拟信号转换为数字信号传送给计算机主机和将所述计算机主机中的数字信号转换为模拟信号传送给所述被控对象，以实现所述被控对象的控制，所述计算机主机将开关量信号通过所述数字量通道传送至所述被控对象，所述被控对象将所述开关量信号通过所述数字量通道反馈至所述计算机主机，

所述软件系统包括实时软件和开发软件。

2.根据权利要求1所述的计算机控制系统，其特征在于，

所述计算机控制系统还包括多个检测变送通道，所述多个检测变送通道中的每一个均包括传感器和变送器，所述传感器用于检测所述被控对象的参数信息并将所述参数信息转换为电信号，所述变送器用于将所述电信号转变成标准电信号，所述电信号为模拟信号。

3.根据权利要求2所述的计算机控制系统，其特征在于，

所述模拟量通道包括模数转换器和多路开关，所述模数转换器的输出端通过所述接口电路与所述计算机主机连接，所述模数转换器的输入端与所述多路开关的输出端连接，所述多路开关的输入端与所述多个检测变送通道的输出端连接，

在使用时，所述多路开关根据需要选择所述多个检测变送通道中的一个通道所传递的电信号，并将所选择的所述电信号通过所述模数转换器转换为数字信号传送至所述计算机主机。

4.根据权利要求3所述的计算机控制系统，其特征在于，

所述模拟量通道还包括至少一个数模转换器，且所述至少一个数模转换器通过所述接口电路与所述计算机主机连接。

5.根据权利要求4所述的计算机控制系统，其特征在于，

所述计算机控制系统还包括执行机构，所述执行机构与所述被控对象连接，用于按照所述计算机主机输出的数字信号控制所述被控对象，

所述至少一个数模转换器中的每一个将所述计算机主机输出的所述数字信号转换为模拟信号并传送至相应地所述执行机构。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的计算机控制系统，其特征在于，

所述数字量通道包括开关量输入通道和开关量输出通道，所述开关量输入通道用于所述被控对象将所述开关量信号通过所述数字量通道反馈至所述计算机主机，所述开关量输出通道用于所述计算机主机将开关量信号传送至所述被控对象，以实现控制所述被控对象。

7.根据权利要求6所述的计算机控制系统，其特征在于，

所述外部设备设置为操作台，所述操作台用于操作者发出操作命令，所述操作台包括开关部件、功能部件、显示部件和数据部件，所述开关部件包括所述电源开关和所述功能部件的功能选择开关，所述功能部件包括启动键、显示键和打印键，所述显示部件用于显示所述计算机控制系统工作状态和所述被控对象传送至所述计算机主机中的参数，所述数据部件用于所述操作者输入数据或修改所述计算机控制系统中的参数。

8.根据权利要求7所述的计算机控制系统，其特征在于，

所述实时软件包括系统软件和应用软件，所述系统软件用于使用和管理计算机控制系统，所述系统软件包括数据库、中文系统和文件管理系统，所述应用软件包括数模转换程序、模数转换程序、数据采样滤波程序、计算程序和控制算法程序。

9.根据权利要求8所述的计算机控制系统，其特征在于，

所述开发软件包括语言处理程序、服务程序、调试程序和仿真程序。

10.根据权利要求9所述的计算机控制系统，其特征在于，

所述计算机控制系统用于非线性控制、逻辑控制、自适应控制和自学习控制。