第一章计算机控制技术绪论

计算机控制技术扬州大学11、几个现象(1)

就业难、用工荒并存

中国在校大学生数量：1998年是340万，2011年大概是3000万左右。2010年大学毕业生640万，全年需要就业的人员将达2400万人左右。2010年普通高校招生657万。高校扩招后的10年间，我国研究生人数增加到150万左右，2010年研究生招生53.4万人。

每年春节后用工荒严重。2011-08-25媒体报道，在珠海的建筑工地上，泥水工一类的农民工是以天计工资，他们的日薪是250元，就连最普通的杂工日薪也涨到200元/天。一、背景2

(2)

用人单位要求的学历层次越来越高，本科生从事的工作大多数是工程设计、安装、运行、维护、管理等，高学历抢低学历人员饭碗（殡葬工、掏粪工、卖猪肉等）；

(3)

企业更喜欢招来就能用的人才，不愿意花费精力和财力培训员工；

(4)地方院校生源质量下降；(5)考研热。一、背景3年份报名数(万)增长率录取数(万)报录比例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

数据供参考2011年全国考研人数165万,26万人报考北京高校；教育部长袁贵仁：2011年研究生扩招总规模达30%。考研热：43千余人同上考研辅导课

2011年8月2日，众多学生在济南皇亭体育馆内上考研辅导课。该考研辅导班由济南一家培训机构组织，为期1个月，共有约3500名学生同时上课，其中80%的学生来自济南的高校。主办方在体育馆内安装了3块投影屏，以便馆内每个角落的学生都能看到授课内容。为缓解上课压力，主办方还请来专业杂技演员在课间休息时表演，放松学生心情。不少参加辅导班的学生表示，时下就业压力较大，所以放弃了宝贵的暑假，投身到考研辅导大军中来，期待在来年的研究生入学考试中顺利过关，为将来成功就业添一份筹码。新华社发（崔健摄）

5典型的自动控制控制应用：机器人手臂NI视频大挑战视频城市大挑战视频大狗视频人形机器人、日本Honda机器人核化侦察机器人工业自动化智能家居……6

什么是自动控制?

在无人直接参与的情况下，通过控制器使机器、设备或生产过程自动地按照预定的规律运行。应用场合：宇航、火器控制、电力系统、机床（数控）、热工、化工、家用电器等。

D(s)G(s)r(t)+y(t)_e(t)u(t)y(t)7什么是计算机控制？

随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。即用计算机的硬件和软件来实现控制器的功能。这是用计算机取代模拟控制器的初衷。

特点：

1.用软件可以实现复杂的控制规律；

2．可以显示、存储、打印系统的运行状态。具有报警 功能；人机接口功能。

3．控制规律可以很方便的改变。

4．通讯组网功能。

计算机控制=计算机技术+自动控制理论+

通讯技术+网络技术81.1计算机控制系统概述IntroductiontoComputerControlSystems91-1-1计算机控制系统及其组成常规控制系统的工作原理模拟调节器执行机构被控对象测量变送器设定值reu被调参数y图a

单回路常规控制系统示意图ym按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。1.1计算机控制系统概述101.计算机控制系统

计算机控制系统：应用计算机（控制计算机）来实现生产过 程自动控制的系统。（1）计算机控制系统的工作原理实时数据采集：对来自测量变送器的信号进行检测和输入。实时决策控制：对采集的信号分析处理，按已定的控制规律，决定控 制行为。实时控制输出：根据控制决策，适时地对控制机构发出控制信号。

实时报警： 系统出现故障时，及时发出声光信号，并记录故障。单回路计算机控制系统示意图u计算机保持器被控对象测量变送器e(kT)u(kT)被调参数yYm(kT)采样器A/DD/A计算机系统设定值r(kT)11(2)有关计算机控制的几个概念在线形式与离线形式在线方式：生产过程和计算机直接相连，受计算机控制。 亦称联机方式。离线方式：生产过程不和计算机相连，不受计算机控制， 靠人进行联系并进行相应操作。亦称脱机方 式。12闭环与开环

开环：计算机仅采集生产过程的参数，经处理后送至打印机、 显示器。不直接改变生产过程的参数。

闭环：计算机直接参加控制。实时的含义

实时：信号的输入、计算和输出都要在规定的时间段内完成。计算机以足够快的速度进行处理，超出了这个时间段，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。

实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统不一定就是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。13

计算机控制系统原理图计算机控制系统可以分为两大组成部分：控制计算机和生产过程1.计算机控制系统的组成141.计算机控制系统的组成152.常用的计算机控制系统主机（1）PLC162.常用的计算机控制系统主机（2）工业控制计算机172.常用的计算机控制系统主机（3）嵌入式系统（嵌入式微处理器；嵌入式微控制器；嵌入式微DSP；嵌入式微片上系统）182.常用的计算机控制系统主机（4）智能调节器192.计算机在控制系统中的主要作用进行实时数据处理对生产过程实施实时控制

对生产过程进行监督与管理3.

计算机控制系统的主要优点组成方式灵活能实现复杂的控制规律获取更大的经济效益为实现企业综合自动化打下了良好的基础201.1.2计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的分类ClassificationofComputerControlSystem21操作指导控制系统组成框图显示终端打印机微型机工业对象A/D转换器采样器测量元件调节器1.操作指导控制系统

计算机根据控制算法和测量元件测得的信号数据，计算出供操作人员选择的最优操作条件及操作方案。22操作指导控制系统属于开环控制系统。计算机根据控制算法(数学模型)和测得的信号数据，计算出最优操作条件及操作方案。操作人员根据计算机的输出信息（CRT显示图形或数据、打印机输出）等去改变控制器的给定值或直接操作执行机构。操作指导控制系统的特点:

①结构简单，控制灵活和安全；②可减少大量常规显示、记录仪表；③无输出过程通道；④人工操作，速度受到限制，不易控制多个对象。23计算机巡回检测系统数

字计算机CRT打印机报警过程输入通道

测量变送测量变送被控生产过程执行机构

人主要用于记录生产过程的运行信息，输入通道较多。242.计算机直接数字控制（DDC）系统252.计算机直接数字控制（DDC）系统直接数字控制(DDC)计算机CRT打印机报警操作台过程输入通道

测量变送测量变送被控生产过程过程输出通道执行机构执行机构

……

……计算机首先通过模入通道、开入通道实时采集数据，然后按照控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模出通道、开出通道直接控制生产过程。

DDC系统属于闭环控制系统，是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式。计算机取代了模拟调节器。26DDC控制的特点：

①系统直接控制生产过程，属闭环控制。

②可控制多个回路。

③可实现灵活的控制算法，改变软件即可变更控制算法。④

对计算机要求实时性好、可靠性高。273.计算机监督控制(SCC)系统在计算机监督控制SCC(SupervisoryComputerContro1)系统中，计算机根据原始工艺信息和采集的过程参数，按照生产过程的数学模型，自动地改变模拟调节器或以DDC方式工作的数字控制器的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况(如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等等)。

SCC的作用是改变控制器的给定值，所以又称为设定值控制SPC(SetPointContro1)283.计算机监督控制(SCC)系统SCC系统有两种不同的结构形式：

SCC+模拟调节器

SCC+DDC控制系统29SCC+模拟调节器控制系统原理图

管理命令报告SCC给定值测量值A/D多路开关检测元件生产过程.....

SCC计算机对各物理量进行巡回采集，按数学模型对生产工况进行分析、计算出生产过程各参数最优给定值，送给模拟调节器，使工况保持在最优状态。当SCC微型机出现故障时，可由模拟调节器独立完成操作。适用已有模拟调节器的企业技术改造。模拟调节器(1)SCC+模拟调节器30管理命令报告SCC给定值测量值A/D多路开关检测元件生产过程DDCD/A反多路开关...SCC+DDC控制系统原理图

(2)SCC+DDC控制系统实际上是一个二级控制系统。SCC计算机可采用高档微型机，它与DDC计算机之间通过接口进行信息联系。SCC计算机可完成工段、车间一级的最优化分析和计算，并给出最优给定值，送给DDC级。当DDC级微型机出现故障时，可由SCC微型机完成DDC的控制功能，这种系统提高了可靠性。31SCC控制的特点：①

一般SCC计算机不直接参加控制，而是仅给出设定值；②可使生产过程处于最优工况；③

最优工况的实现取决于生产过程的数学模型。32计算机控制发展初期，控制计算机采用的是中、小型计算机，价格昂贵。为充分发挥计算机的功能，对复杂的生产对象的控制都是采用集中控制方式。一台计算机控制多个设备，多个回路。计算机的可靠性对整个生产过程的影响举足轻重，一旦计算机出故障，生产过程陷于瘫痪。采用冗余技术，另外增加备用计算机，投资太大。分级计算机控制思想:在SCC系统的基础上，用多台计算机组成的分级控制可以有效地解决一台计算机出故障而影响整个系统的弊端。微型计算机的出现提供了分级控制的物质基础。如何才能解决可靠性问题？33分级计算机控制系统层次结构图示分级计算机控制系统是一个四级系统。装置控制级（DDC级）车间监督级（SCC级）工厂集中控制级（MIS）企业管理级（MIS）34

集散控制系统是分散型综合控制系统（TotalDistributedControlSystems）的简称。它以微型计算机为核心，把微型机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入/输出通道、模拟仪表等有机地结合起来，采用组合组装式结构组成系统，为实现工程大系统的综合自动化创造了条件。

DCS重要特征采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制。4.计算机集散控制系统（DCS）特点：①控制分散，显示操作集中。②系统可靠性高。35

(1）分散过程控制级直接面向生产过程，是DCS的基础。它直接完成生产过程的数据采集、调节控制、顺序控制等功能。其输入信息来自传感器的信号，如热电偶、热电阻、变送器(温度、压力、液位)及开关量等信号，其输出驱动执行机构。构成这一级的主要装置有：①现场控制站(工业控制机)；②可编程序控制器(PLC)；

③智能调节器；④其它测控装置。

PLC36(2）集中操作监控级：这一级上的过程管理计算机实现综合监视设备运行过程，模拟画面集中显示、控制回路组态和参数修改、对所有机电设备运行过程优化处理、运行报告、趋势图显示等。PLC37(3）综合信息管理级：管理级居于自动化系统的最高一层，它管理的范围很广。把这些功能都集成到软件系统中，通过综合计划，在各种变化条件下，结合多种多样的条件和能量调配，以达到最优解决这些问题。PLC385.现场总线控制系统

80年代发展起来的DCS，其结构模式为：“操作站－－控制站－－现场仪表”三层结构，系统成本较高。用模拟信号传递信息。各厂商的DCS有各自的标准，不能互联。现场总线控制系统结构模式为：“工作站——现场总线智能仪表”二层结构。用数字信号取代模拟信号，使得现场仪表发送的信息可经串行总线传至操作站。FCS用二层结构完成了DCS中的三层结构功能，降低了成本，提高了可靠性。

国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。395.现场总线控制系统

405.现场总线控制系统

41工作站——现场智能仪表----变送器智能部件工作站——现场智能仪表----智能电磁流量计现场总线智能仪表426综合自动化系统

由企业资源信息管理系统ERP（EnterpriseResourcesPlanning）、生产执行系统MES（ManufacturingExecutionSystem）和生产过程控制系统PCS（ProcessControlSystem）构成的三层结构，已成为综合自动化系统的整体解决方案。综合自动化系统主要包括制造业的计算机集成制造系统和流程工业的计算机集成过程系统。计算机集成制造系统(CIMS-ComputerIntegratedManufactureSystem)

计算机集成过程系统（CIPS-ComputerIntegratedProcessSystem）43控制计算机的分类单片机智能调节器44工业控制机（IPC）可编程控制器（PLC）45集散系统（DCS）现场总线（FCS）46DSP47ARM（AdvancedRISCMachines）RISC(ReducedInstructionSetComputer)精简指令集计算机

ARM是32位高性能嵌入式处理器48495051525354551.2工业控制机的组成结构及特点

StructureandCharacteristicsofindustryControlComputer561-2-1

工业控制机的组成工业控制机：硬件和软件两部分。

硬件：主机(CPU、RAM、ROM)板、、人－

机接口、系统支持板、磁盘系 统、通信接口、输入输出通道。 内部总线和外部总线。

软件：系统软件、支持软件、应用软件。57工业控制机的硬件组成框图

1.工业控制机的硬件组成（1）主机板含CPU、RAM、ROM等。作用：数值计算、逻辑判断、数据处理。58（2）内部总线和外部总线内部总线：工控机内部各部分进行信息传送的公共通道，它 是一组信号线的集合。外部总线：工控机与其它计算机和智能设备进行信息传递的 公共通道。（3）人—机接口键盘、显示器、打印机。（4）系统支持功能①监视定时器（Watchdog)：俗称“看门狗”(Watchdog)。 主要作用:当系统因干扰或软故障等原因出现异常 时，如“飞程序”或程序进入死循环，Watchdog可使 系统自动恢复运行，提高系统的可靠性。59③后备存储器：

Watchdog和掉电检测功能均要配置 后备存储器。后备存储器一般容量不大，它在系 统掉电后保证所存数据不丢失，通常有带后备电 池的SRAM、E2PROM、FLASH。②电源掉电检测：工控机运行时，如出现电源掉 电故障，应及时发现并保护当时的重要数据和各 寄存器的状态。一旦上电后，工控机能从断电处 继续运行。 电源掉电检测的目的：检测到交流电源掉电， 保护现场。60④实时日历时钟：控制系统中往往要求时间驱动和事件驱动 的能力 在指定时刻设置某些控制功能，届时工控机应 自动执行预定的任务；工控机自动记录某个动作是在何时发生的。 常用的实时日历时钟芯片有DS1216、DS1287等。

要求：

◆在掉电后仍然不停地正常工作。 ◆

记时准确（5）磁盘系统半导体虚拟盘，软磁盘，硬磁盘。61（6）通信接口 工业控制机与智能外设通信的接口。RS-232C、IEEE-488接口。（7）输入输出通道工业控制机与生产过程之间的信号传递和变换连接的通道。

模拟量输入(AI)通道、模拟量输出(AO)通道、数字量(开关量)输入(DI)通道、数字量(开关量)输出(DO)通道，

作用:

将生产过程的信号变换成主机能够接受和识别的代码；将主机输出的控制命令和数据，经变换后作为执行机构或电气开关的控制信号。622.工业控制机的软件组成

（1）系统软件 实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序。如Intel的iRMX86、DOS、Windows、UC/OS-II。（2）支持软件 汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序、组态程序。（3）应用软件 针对某个生产过程而编制的控制和管理程序。包括：输入程序、控制程序、输出程序、人机接口程序、打印显示程序等。

631-2-2

工业控制机的总线结构总线的定义:

总线:一组信号线的集合，定义了各引线的信号、电气、机械特性，使计算机内部各部分之间建立信号联系，进行信息的传递和通信。

按总线标准设计和生产的计算机模板，经过不同的组合，可以配置成各种用途的计算机系统。总线是工业控制机的重要组成部分，它包括内部总线和外部总线。641.内部总线

内部总线：计算机内部功能模板之间进行通信的总线，它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽。每种型号的计算机都有自身的内部总线，例如PC总线有62根引线，STD总线有56根引线。各种内部总线数目不同，但按功能可分为数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB、电源总线PB四部分。内部总线采用母板结构，母板上各插槽的同号引脚都连接在一起。组成计算机系统的各功能模板插入槽内，由总线完成各模板之间的信息传送。65（1）PC总线指IBM公司创建的IBMPC或IBMPC/XT计算机的内部总线，它是62引脚的并行总线。

IBMPC或IBMPC/XT机的CPU是Intel公司的8088(准16位CPU)，它与16位CPU8086相兼容。由于PC总线应用十分广泛，因此，计算机系统几乎全部含有这种总线结构，即在总线母板上设置了多个PC总线插槽。①PC总线插槽引线信号的分布

PC总线共有62条引线，其插槽引线信号的分布如下页所示。

66②

PC总线插槽引线信号的含义

PC总线插槽引线信号的含义见下页。

地址线：A0–A19

数据线：D0–D7

部分控制线：67D68（2）STD总线

STD总线是56根并行计算机总线，由MattBiewer研制。美国Prolog和Mostek公司1978年12月首先采用，于1987年批准为IEEE961标准。6970712.外部总线(留待7.1数据通信技术介绍)

外部总线：计算机与计算机之间或计算机与其它智能设备之间进行通讯的总线。常用的外部总线有IEEE-488并行总线与RS-232C串行总线。

（1）RS-232C串行通讯总线

RS-232C是由美国电子工业协会（EIA）制定的一种串行接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。72RS-232C连接插头：

RS-232C的机械特性要求使用一个25芯标准连接插头，每个引脚有固定的定义，下页表列出了其功能特性。现在有简化的9芯连接插头。

7374RS-232C的电气特性：采用负逻辑。 逻辑“1”:-15V～-5V，传号(MARK)

逻辑“0”:+5V～+15V，空号(SPACE)。其中-5V～+5V用作信号状态的变迁区。

RS-232C总线规定了其通信距离不大于15米，传送信号的速率不大于20kbps，每个信号使用一根导线，并公用一根信号地线。759芯RS-232C总线接口标准引脚号信号名称方向信号功能1DCDPC机←仪器PC机收到远程信号（载波检测）2RXDPC机←仪器PC机接收数据3TXDPC机→仪器PC机发送数据4DTRPC机→仪器PC机准备就绪terminal5GND-信号地6DSRPC机←仪器仪器准备就绪7RTSPC机→仪器PC机请求发送数据8CTSPC机←仪器仪器已切换到接收状态（清除发送）9RIPC机←仪器通知PC机，线路正常（振铃指示）76RS-232C信号电平与TTL电平转换： 一般的RS-232C串行接口采用TTL输入输出电平，为了满足RS-232C信号电平，采用集成电路MC1488发送器和MC1489接收器，进行TTL电平与RS-232C电平的相互转换及接口，如下图所示。缺点：传送距离短，由于采用单端输入和公共信号地 线，所以容易引进干扰。77电平转换芯片介绍

(1)驱动器的输出电平逻辑0：+5V～+15V；逻辑1：-5V~-15V(2)接收器的输入检测电平逻辑0：＞+3V；逻辑1：＜-3VRS-232C使用的是负逻辑。

MAX23278（2）IEEE-488并行通讯总线

IEEE-488总线也称GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）总线。由美国HP公司提出，命名为HP-IB。IEEE以此为基础，制定了IEEE-488标准(GPIB)。79①IEEE-488总线的约定及特点

总线电缆为无源电缆线，包括16条信号线和8条地线；

系统中通过总线互连的设备不得超过15台；

总线电缆长度不超过20米，或仪器设备数乘分段电缆长度总和不超过20米；

信号传输速率一般为500kbps，最大传输速率为1Mbps；

地址容量为：“听”地址31个，“讲”地址31个，最多地址容量可扩展到961个；

总线上传输的消息为负逻辑:

低电平（≤+0.8V）为逻辑“1”， 高电平（≥2.0V）为逻辑“0”；

采用按位并行，字节串行、三线握手、双向异步的传输方式。80②总线的一般描述

总线所连的设备有三种类型：控者、听者、讲者。“讲者”：讲者是产生和向总线发送设备消息的设备。一个系统可以有两个以上的讲者，但在任一时刻只能有一个讲者向总线发送设备消息。81“听者”：听者是从总线上接收消息的设备。在系统内，可以同时有若干个听者同时接收同样的消息。

“控者”：控者是数据传输过程的组织者和控制者。它指定每次数据传输过程的讲者和听者，处理其它设备提出的服务请求，对接口进行管理等。通常，由计算机充当控者，允许系统中有多台设备具有控制功能，但每一时刻只有一台设备充当控者。

82③总线的引脚分配及功能

IEEE-488采用24芯D型插头座，它们的引线分配如下表所示。831-2-3

工业控制机的特点1.可靠性高和可维修性好可靠性和可维修性对控制系统来说是两个非常重要的因素，决定着系统的可用程度。

可靠性的简单含义是指设备在规定的时间内运行不发生故障。可维修性是指工控机发生故障时，维修快速、简单、方便。

2.环境适应性强工业现场环境恶劣，这就要求工控机适应高温、高湿、腐蚀、振动、冲击、灰尘等环境。

工业环境电磁干扰严重，供电条件不良，工业控制机必须要有极高的电磁兼容性。843.控制的实时性

工业控制机应具有时间驱动和事件驱动能力，要能对生产过程工况变化实时地进行监视和控制。为此，需要有实时时钟和中断系统，有条件最好用实时操作系统。4.完善的输入输出通道

为了对生产过程进行控制，需要给工业控制机配备完善的输入输出通道，如模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、人-机通信设备等。855.丰富的软件

工业控制机应配备较完整的操作系统、适合生产过程控制的应用程序。工业控制软件正向结构化、组态化方向发展6.适当的计算机精度和运算速度一般的生产过程，对于控制精度和运算速度要求并不苛刻。通常字长为8～32位，速度在每秒几万次至几百万次即可。随着自动化程度的提高，对于精度和运算速度的要求也在不断提高，应根据具体的应用对象及使用方式，选择合适的机型。861-3计算机控制系统的发展与趋势

1946年世界上第一台电子计算机ENICA正式使用以来，电子计算机在世界各国得到了极大的重视和迅速的发展。

计算机控制技术是自动控制理论与计算机技术相结合的产物，它的发展同样也离不开自动控制理论和计算机技术的发展。871-3-1计算机控制系统的发展概况

计算机技术的发展过程（1）开创时期（1955～1962年）（2）直接数字控制时期（1962～1967年）（3）小型计算机时期（1967～1972年）（4）微型计算机时期（1972年至今）881.计算机技术的发展过程

50年代中期在生产过程控制中采用数字计算机。1956年3月，美国德州的一个炼油厂与美国的TRW航空工业公司进行计算机控制研究。历经3年的努力，设计出了一个采用RW－300计算机控制的聚合装置的系统。

该系统控制26个流量、72个温度、3个压力、3个成分。控制目的是使反应器的压力最小，确定对5个反应器供料的最佳分配，根据催化剂活性测量结果来控制热水的流量以及确定最优循环。

TRW公司的这项开创性工作，为计算机控制技术的发展奠定了基础。从此，计算机控制技术获得了迅速的发展。89（1）开创时期(1955～1962年)

早期计算机使用电子管，体积庞大，价格昂贵，可靠性差，所以它只能从事一些操作指导和设定值控制。过程控制向当时的计算机提出了许多特殊的要求，需要它对各种过程命令作出迅速响应，从而导致中断技术的发明，使计算机能够对更紧迫的过程任务及时做出反应。

90（2）直接数字控制时期(1962～1967年)

早期的计算机控制按照监督方式运行，属于操作指导或设定值控制，仍需要常规的模拟控制装置。

1962年，英国的帝国化学工业公司利用计算机完全代替了原来的模拟控制。该计算机控制224个变量和129个阀门。由于计算机直接控制过程变量，完全取代了原来的模拟控制，称这样的控制为直接数字控制，简称DDC。采用DDC系统的初始投资较大，以后增加一个控制回路并不需要增加很多费用。灵活性是DDC系统的又一个优点，改变模拟控制系统需要改变线路，而改变计算机控制系统只需要改变程序即可。

DDC是计算机控制技术发展方向上的重大变革，为以后的发展奠定了基础。91（3）小型计算机时期(1967～1972年)

整个60年代计算机技术有了很大的发展，主要特点：体积更小，速度更快，工作可靠，价格更便宜。

60年代后半期，出现了各种类型的适合工业控制的小型计算机，使得计算机控制系统不再是大型企业的工程项目，对于较小的工程问题也能利用计算机来控制。由于小型机的出现，过程控制计算机的台数迅速增长。

92（4）微型计算机时期(1972年～至今)

在1972年之后，微型计算机的出现和发展，使计算机控制技术进入了崭新的阶段。在1980年代，出现了超大规模集成电路，以此制造了各种类型的计算机。制造出大量的分级递阶控制系统、分散型控制系统、专用控制器等，对工业的发展起到了巨大促进作用。与计算机的硬件相比，计算机控制的软件的发展则慢得多，在20世纪50年代至70年代，软件生产的改进很有限。到70年代末，很多计算机控制系统仍采用汇编语言编程。现在流行用高级语言进行实时控制，如C、BASIC、Forth等语言，这是今后的发展方向。

932．计算机控制理论的发展过程

（1）采样定理（2）差分方程（3）Z变换法（4）状态空间理论（5）最优控制与随机控制（6）代数系统理论（7）系统辨识与自适应控制（8）先进控制技术942．计算机控制理论的发展过程

采样定理所有的计算机控制系统都使用数字计算机，它们只能按离散的过程变量值来工作。存在采样过程，如何采样，信号才能重现出来。此关键性的问题由乃奎斯特解决了。他证明，要把正弦信号从它的采样值中复现出来，每周期至少必须采样两次。香农(Shannon)于1949年在他的重要论文中完全解决了这个问题。95差分方程

采样系统理论的最初起源与某些特殊控制系统的分析有关。奥尔登伯格和萨托里厄斯在1948年研究落弓式检流计的特性，这项研究对采样系统理论做出了最早的贡献。许多采样系统的特征都可以通过分析一个线性时不变的差分方程来理解，即用差分方程代替了微分方程。 例如，稳定性研究可以采用舒尔—科恩法，它相当于连续时间系统的劳斯—霍尔维兹判据。96

Z变换法

拉氏变换理论是连续时间系统分析的重要工具。为采样系统建立一种类似的变换理论将简化系统分析与设计。霍尔维兹于1947年对序列{f(kT)}引进了一个变换，定义为

这种变换由拉格兹尼和扎德于1952年定义为Z变换。97状态空间理论

状态空间理论的建立得益于来自许多数学家的共同努力。例如，莱夫谢兹、庞特里亚金、贝尔曼。卡尔曼把状态空间法应用于控制理论，享有较高的声誉，他建立了许多概念并解决了许多重要问题。

最优控制与随机控制

在二十世纪50年代后期，贝尔曼(1957年)与庞特里亚金等人(1962年)证明了许多设计问题都可以形式化为最优化问题。60年代初，随机控制理论的发展，引出所谓线性二次型高斯(LQG)理论。98

代数系统理论

代数系统理论对线性系统理论有了更好的理解，并应用多项式方法解决特殊问题。

系统辨识与自适应控制

奥斯特隆姆和威顿马克等人在系统辨识与自适应控制方面作出了重要贡献。在理论联系实际方面，奥斯特隆姆教授处于领先地位，他提出的自校正调节器便是一个突出的例子。991-3-2计算机控制系统的发展趋势

根据目前计算机控制技术的发展情况，展望未来，前景诱人。要发展计算机控制技术，必须对生产