控制用計算機

控制用計算機是指由軟硬體共同構成，被用來完成控制任務的計算機，可構成計算機控制系統。在飛控系統中套用為飛行控制用計算。

基本介紹

• 中文名：控制用計算機
• 作用：實現對套用系統的控制

分類

在計算機控制系統中常用的主機有工業控制計算機(微機)、單片機和數位訊號處理器DSP等。

工業控制計算機

工業控制計算機，簡稱工控機。工控機是在個人計算機的基礎上加以改造，使其系統結構及功能模組的劃分更適合工業過程控制的要求。工控機除了具有一般微機的豐富軟體資源、開發方便的特點外，由於進行了必要的改造，還具有可靠性高、實時性好、硬體配置有較好的可裝配可擴展性、可維護性好的特點，更適合工業套用。

單片微型計算機

單片微型計算機簡稱單片機，是在工業控制和智慧型化系統中套用最多的模式。單片機是在一個積體電路中集成了數字計算機四個基本組成部分(CPU、EPROM、RAM和I/O接口)，具有價格廉、體積小、小而全、面向控制的特點，可滿足很多場合的套用。

數位訊號處理器DSP

數位訊號處理器是一種具有特殊結構的微處理器晶片，其內部採用程式和數字分開的結構[稱為哈佛結構(Harvard)]，具有專門的硬體乘法器，廣泛採用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速實現各種數位訊號處理算法。與通常微處理器相比，它可實現的採樣速度要高，算法的運算速度要快，因此，主要用於頻頻寬的快速伺服控制系統中。

除此之外，能充當計算機控制系統主機的還有可程式控制器、嵌入式系統等。

主要功能

控制用計算機在飛控系統中的運用即是飛行控制用計算機，它是現代飛控系統的核心部件，其主要功能是：

1. 採集駕駛員輸入指令及飛機運動的反饋信號，並對其進行必要的交換與處理；
2. 飛行控制系統工作模式的管理與控制；
3. 計算不同工作模式中的控制律，並生成必要的控制指令；
4. 對各種控制指令的輸出與管理；
5. 對飛控系統中各感測器及伺服作動器進行余度管理；
6. 對飛控計算機本身的硬體及軟體進行余度管理與檢測；
7. 完成飛行前地面及飛行中機內對系統各子系統及部件的自動檢測；
8. 完成與機內其它任務計算機及電子部件信息交換的管理(包括座艙顯示、報警信息管理)。

基本硬體配置

計算機過程控制系統必須有一個性能良好的硬體作為支持才能有效運行。圖1給出了含有計算機系統描述的計算機過程控制系統組成框圖。

圖1 計算機過程控制系統的基本組成

圖1中點畫線所示部分是計算機過程控制系統所必需的實時控制計算機系統的最小配置。中央處理器(CPU)是計算機系統的核心，隨機存儲器(RAM)可做數據處理的暫存單元及堆疊，也可存放用戶的應用程式。唯讀存儲器(ROM)、可程式存儲器(PROM)、電可擦除存儲器(EPROM)、快閃記憶體(FLASH)等可用於存放系統的監控程式、某些固定子程式以及用戶程式。由CPU、RAM、ROM(或EPROM、PROM、FLASH)等組成的計算機系統是計算機控制過程系統的核心。

定時器用作實時控制的計時標準。當被控對象需回響緊急事件時，就向CPU發出中斷申請；要求進行實時處理時，可以通過輸入中斷信號，使CPU轉向相應的中斷服務程式。

為使計算機主機與外部設備之間能正確交換信息，計算機系統中還配置有不同的接口適配器。

為了進行控制，現代計算機過程控制系統通常需要與相距較遠的執行機構、感測器或其他計算機控制系統進行數據和信息交換。為了規範信息的傳輸，在計算機過程控制系統內部或計算機之間都採用了不同的匯流排。

特點

任何一台可用的計算機都是由硬體和軟體構成的，這是所有計算機的共性。控制用計算機有如下特點。

較高的可靠性

對於生產過程來說，由於生產的連續性，計算機發生任何故障都將對生產過程發生嚴重的影響。由於微處理器和微型計算機的可靠性比較高，而且價格較低，可以在關鍵部位採用冗餘措施提高可靠性。例如採用雙機備用，或用多個CPU，各CPU互為備用等冗餘措施。採用分散式結構也是提高可靠性的措施之一，因為在分散控制系統中，每個功能單元只負責一個局部工作，縮小了故障所產生的影響範圍。如果在正常工作的功能單元發生故障時，系統能自動將備用的功能單元投入運行，並將失效的功能單元切除，則全系統的工作可靠性將會更高。

實時控制

實時的意思就是“及時”，是計算機術語。實時控制要求在一定的時問內，對被控對象及時進行控制。超過一定的時間就失去了控制的時機，被控對象就會脫離計算機的控制而造成不可預期的後果。這裡的“一定時間”將與被控對象的具體特性有關。例如對加熱爐的爐溫控制，如果延時一秒到數秒，仍可以認為是實時的；而一個飛行器控制系統，若延時超過幾十毫秒，就可能失去對飛行器的控制時機，從而喪失對飛行器的控制能力，這是因為不同的控制對象的運行規律各不相同。爐溫的變化過程很慢，而飛行器的變化過程很快。對這兩種過程的計算機控制都要求“及時”，但允許的延時是不同的。

為了實現實時控制，要求計算機除了配備優先權中斷處理電路和相應的中斷處理程式外，還應有完善的時鐘管理程式和實時作業系統，實現對各種“任務”按優先權進行調度，使計算機能按照所發生事件的輕重緩急，占用CPU的處理時間。

與外部世界的緊密聯繫

控制用計算機首先必須對生產過程進行數據採集，各種信號的形態各不相同，有電流信號、電壓信號、脈衝信號、數位訊號。電壓信號有毫伏信號，也有0~5 V直流電壓等，所以許多控制用計算機配備各種接口模板和信號調理模板。此外，還有模-數和數-模轉換接口板等。其次，工業控制計算機往往配有通信模板，使各台工業控制機能在監控計算機的統一指揮下，協調工作。

對環境的適應性

控制用計算機往往安裝在離生產現場不遠的地方，工作環境惡劣，溫度和濕度可能很高，還可能有粉塵、腐蝕性氣體、外界震動等不利因素。生產現場還可能有高電壓、大電流電氣設備的電磁干擾，高頻電器干擾和由於接地電位不相等而形成的共模干擾等。有的控制用微型機甚至被裝在插入式線路板上，直接裝在被控制的裝置或機器設備上，在這些惡劣條件下，要求計算機仍能正常工作。

不同的軟體配置

控制用計算機，尤其是直接數字控制機，往往配置對被控的生產過程進行控制的專用性很強的控制算法和控制策略，這些程式大部分寫入EPROM中，並周而復始地循環工作。

飛控計算機功能框圖

計算機分級控制系統中的企業管理級、工廠管理級和車間管理級計算機，就比較接近於辦公室自動化所用的計算機。所配置的軟體分為系統軟體和套用軟體兩種類型。系統軟體是為專門的計算機系統或一個計算機系統系列所設計的軟體，例如作業系統、編譯程式、各種外部設備(如顯示器、磁碟、印表機、光碟等)的驅動程式。套用軟體是完成某種特定功能而專門研製的軟體，例如生產過程監控、生產計畫編制和調度、管理等軟體。