计算机时代的控制论

计算机控制

计算机控制是指利用计算机来实现自动控制的功能。由此构成的自动控制系统，叫做计算机控制系统。计算机控制的应用范围很广。控制对象从小到大，从简单到复杂，都可以由计算机参与控制。电子计算机可以控制单台机或一个简单生产过程（如炉温、轧钢机等），也可以控制和管理某个车间， 甚至整个工厂都可交由大型计算机控制而成为所谓的“无人工厂”。计算机控制可以是简单的反馈控制，也可以是复杂的多变量控制、最优控制、自适应控制乃至具有人类智慧的“智能控制’。

计算机控制系统的基本组成一般包括控制对象、硬件和软件三大部分。计算机控制系统的发展，是和电子计算机本身的发展密切相关的。电子

计算机自 1946 年问世以来，发展极为迅速，大致是十年左右更新换代一次。特别是大规模集成电路技术的突破，使计算机的性能价格比显著提高，极大地推动了电子计算机在各行各业中的应用。

然而，与科学计算、气象预报和数据处理等应用相比，计算机在控制领域的应用起步相对较晚，早期应用进展也比较慢。造成这种现象的主要原因， 不是因为计算机不适合控制应用，也不是由于理论方面准备不足，而是因为早期计算机的可靠性不高等原因。显然，计算机用于生产过程控制，对可靠性的要求是比较严格的。

本世纪 50 年代中期，计算机开始用于工业控制。但总的来说，这阶段为数不多的计算机控制系统，控制规律比较简单，如对原有人工控制系统提供操作指导，或对原有系统提高最佳设置（系统输入）。计算机大量的时间主要用于其他非控制作业，如制订生产规划，打印生产报表等。另外，由于早期的计算机价格昂贵，为了充分利用，总是将各种不同的任务罗织在一起， 这就在原本可靠性不高的基础上，又增加了因组织复杂造成的新的可靠性问题。由于这诸多原因，所以早期计算机控制技术进展缓慢。

尽管如此，也有一些比较成功的例子。如 1959 年美国的波特阿瑟（Port Arther）炼油厂就采用了计算机控制系统，总共控制 26 个流量、72 个温度值、3 个压力和 3 种化学成分。控制系统的基本功能是使反应器的压力最小， 确定 5 个反应器供料的最优分配、最佳的热流量循环。计算机除主要用于寻找系统最佳运行条件外，还要完成原料调度、生产计划、报告产量和能源消耗等任务。这个系统的成功，使计算机找到了新的应用领域，使工业界看到了一种提高自动化的新工具。

计算机直接参与生产过程的另一个成功实例发生在英国。1962 年，英国帝国化学工业公司（ICI）用一台名为费伦蒂.阿格斯（Ferrenti Argus）的计算机直接测量 224 个控制量和控制 129 个阀门，在保持原有功能的条件下取代了原系统中所有的模拟仪表装置，这就是我们说的直接数字控制（DDC） 系统。DDC 系统显示出的巨大优越性，使它在 1963～1965 年间获得了长足进步。

1972 年以后，由于微型计算机的出现和发展，计算机价格大幅度下降， 计算机控制技术真正得到了迅速发展。计算机控制不仅在过程控制中的应用日渐成熟，而且在机电控制、机械加工、航天技术和各种军事装备中也得到

广泛应用，例如通讯卫星的姿态控制、卫星跟踪天线的方位角控制、飞机自动驾驶仪、计算机数控机床、电气传动装置的计算机控制等。在许多精度要求极高的领域，如工业机器人、现代导弹制导、航空航天等，计算机控制已成为必不可少的重要环节。