[拼音]：kongzhi xitong jisuanji fuzhu sheji

[外文]：computer-aided control system design

利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的技術(shù)，英文縮寫 CACSD。它是在控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。早期的 CACSD軟件基本上是仿真軟件。控制工程師借助于計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證設(shè)計(jì)的精度和可靠性，并能提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，減少設(shè)計(jì)定型的試驗(yàn)費(fèi)用。

發(fā)展概況

CACSD的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段。第一階段，從60年代到70年代初，采用由一個(gè)或幾個(gè)控制系統(tǒng)計(jì)算程序組成的 CACSD軟件包。這種軟件包主要是利用線性二次型最優(yōu)控制理論來設(shè)計(jì)最優(yōu)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序，這些程序歸結(jié)為求解黎卡提矩陣代數(shù)方程，以及利用經(jīng)典控制理論的頻域法和根軌跡法來設(shè)計(jì)單變量系統(tǒng)的程序。在這一階段，仿真語言的發(fā)展對 CACSD起了推動(dòng)作用。第二階段，從70年代初到80年代，英國羅森布羅克學(xué)派創(chuàng)立的多變量頻域法，對 CACSD的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用，出現(xiàn)了功能齊全的用于多變量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的CACSD軟件包。在這一階段，微型計(jì)算機(jī),高分辨率圖形終端，精密繪圖儀，光電掃描儀，鼠標(biāo)等的出現(xiàn)，加強(qiáng)了人機(jī)聯(lián)系，推動(dòng)了CACSD的發(fā)展。80年代后CACSD的研究重點(diǎn)從編制具有各種復(fù)雜計(jì)算功能的軟件包轉(zhuǎn)向建立控制系統(tǒng)分析、綜合與設(shè)計(jì)的良好支持環(huán)境，包括線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具，辨識(shí)與仿真工具，最優(yōu)化程序和系統(tǒng)綜合工具，文件組織，數(shù)據(jù)庫管理，文檔系統(tǒng)，圖形輸入輸出和人機(jī)接口等。1984年J.H.泰勒和D.K.弗雷德里克提出計(jì)算機(jī)輔助控制工程(CACE)的新概念，進(jìn)一步擴(kuò)大了CACSD的任務(wù),包括建立被控對象模型，確定模型特征，調(diào)整被控對象，設(shè)計(jì)問題形式化，檢驗(yàn)問題提法和限制條件，形成折衷的設(shè)計(jì)方案，執(zhí)行設(shè)計(jì)程序，驗(yàn)證設(shè)計(jì)，提供設(shè)計(jì)文檔，實(shí)現(xiàn)最終設(shè)計(jì)等。第三階段，從80年代中期開始，提出 CACSD專家系統(tǒng)。1985年出現(xiàn)具有專家系統(tǒng)支持的 LQG（線性二次高斯控制系統(tǒng)）軟件包?，F(xiàn)在正在研究多變量自適應(yīng)控制的實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)，多變量系統(tǒng)的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)，以及指導(dǎo)控制器物理實(shí)現(xiàn)（現(xiàn)場整定）的專家系統(tǒng)。中國從1984年開始研制CACSD軟件包，并于 1986年通過國家鑒定。它屬于第二代CACSD軟件包,采用模塊化層次結(jié)構(gòu)，由18個(gè)功能子包組成，包括系統(tǒng)辨識(shí)，時(shí)間序列建模，多項(xiàng)式矩陣分析與綜合，LQG控制,多變量頻域法和狀態(tài)空間法設(shè)計(jì)，系統(tǒng)仿真和模型處理等。

硬件

CACSD系統(tǒng)的硬件由小型機(jī)或超級微機(jī)配置相應(yīng)的輸入輸出設(shè)備組成，也可采用 CAD工作站。配置的外部設(shè)備有磁盤驅(qū)動(dòng)器、鍵盤、圖像終端、光電掃描儀、精密繪圖儀、高速打印機(jī)、屏幕復(fù)印機(jī)和鼠標(biāo)等。早期CACSD系統(tǒng)用光筆來修改屏幕設(shè)計(jì),用數(shù)字化儀作為圖形輸入設(shè)備。

軟件

CACSD 系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件主要是CACSD軟件包,它常用FORTRAN,C,Pascal等語言編寫?，F(xiàn)在推出的CACSD軟件包有三種類型：

（1）計(jì)算機(jī)輔助分析和計(jì)算軟件包。它僅包含設(shè)計(jì)過程中用到的最基本的計(jì)算程序。

（2）半自動(dòng) CACSD軟件包。它不但包含設(shè)計(jì)過程中用到的最基本的計(jì)算程序，還具備人機(jī)對話功能，可根據(jù)設(shè)計(jì)者的指令修改系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。這種程序包一般都有6個(gè)程序模塊（圖1）。

（3）全自動(dòng) CACSD軟件包。它在半自動(dòng)軟件包的基礎(chǔ)上又增加自動(dòng)搜索最優(yōu)化程序模塊，可自動(dòng)改變控制系統(tǒng)參數(shù),實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化。CACSD軟件包一般都具有人機(jī)交互功能,有的軟件包還可以使用宏命令或CACSD專用語言。

CACSD專家系統(tǒng)

一個(gè)完整的CACSD專家系統(tǒng)應(yīng)具備下列功能：建立被控對象的數(shù)學(xué)模型并將其轉(zhuǎn)換成要求的形式；確定設(shè)計(jì)指標(biāo)和限制條件；選擇設(shè)計(jì)方法；進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)；分析設(shè)計(jì)成果；提交設(shè)計(jì)文檔；實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的控制器。

CACSD專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（圖2）有三種類型：

（1）前端式。用戶不直接與 CACSD軟件包發(fā)生聯(lián)系，只要把數(shù)學(xué)模型、性能指標(biāo)等輸入給專家系統(tǒng)，由專家系統(tǒng)選擇合適的指令啟動(dòng)并運(yùn)行 CACSD軟件包，并接受運(yùn)算結(jié)果，給用戶提供設(shè)計(jì)報(bào)告。

（2）咨詢式。用戶將設(shè)計(jì)要求輸入給專家系統(tǒng)，由專家系統(tǒng)告訴用戶模型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)步驟，以及應(yīng)選用的軟件包和指令，然后由用戶操作CACSD軟件包,最后由專家系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)報(bào)告。

（3）嵌入式。專家系統(tǒng)嵌入到CACSD軟件包中,成為該軟件包的一部分。此時(shí)，為了加快處理速度，專家系統(tǒng)也常用FORTRAN，C，Pascal等語言編程。

參考書目

1. 羅森布洛克著，周文忠譯：《計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，科學(xué)出版社，北京，1983。(H. H.Rosenbrock,Computer-Aided Control System Design, Academic Press,London,1974.)
2. G.K.H.Pang, A.G.J.MacFarlane, An Expert SystemsApproach to Computer-Aided Design of Multivariable Systems, Springer-Verlag, 1987.

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標(biāo)簽：控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

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