第1章緒論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)的軟件和硬件代替自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器，它以自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和生產(chǎn)過(guò)程等多方面的知識(shí)。由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，許多傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和方法被代替，工廠(chǎng)的信息利用率大大提高，控制質(zhì)量更趨穩(wěn)定，對(duì)改善人們的勞動(dòng)條件起著重要作用。因此，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)受到越來(lái)越廣泛的重視。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已成為許多大型自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)不可缺少的重要組成部分。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的程度以及計(jì)算機(jī)在自動(dòng)化中的應(yīng)用程度已成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已滲透到了人類(lèi)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了生產(chǎn)和工作效率，保證了產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量，節(jié)約了能源，減少了材料的損耗，減輕了勞動(dòng)和工作強(qiáng)度，改善了人們的生活條件。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已成為信息時(shí)代推動(dòng)技術(shù)革命的重要?jiǎng)恿?，?shí)現(xiàn)了人類(lèi)諸多的夢(mèng)想。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論是德國(guó)的“工業(yè)4.0”、美國(guó)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，還是新一輪工業(yè)革命的“智能制造”，都體現(xiàn)了新一代信息技術(shù)與其他技術(shù)的深度融合，這使得計(jì)算機(jī)控制技術(shù)又獲得了新的發(fā)展動(dòng)力。1.1計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展過(guò)程采樣系統(tǒng)理論主要用在計(jì)算機(jī)控制方面，并已取得重要成果，其發(fā)展過(guò)程如下。（1）采樣定理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)只根據(jù)離散的過(guò)程變量值來(lái)工作，那么信號(hào)在什么條件下，才能只根據(jù)它在離散點(diǎn)上的值重現(xiàn)出來(lái)。該問(wèn)題是由奈奎斯特（Nyquist）解決并證明的，要把正弦信號(hào)從它的采樣值中復(fù)現(xiàn)出來(lái)，每周期至少必須采樣兩次。香農(nóng)（Shannon）于1949年也證明了這個(gè)問(wèn)題。（2）差分方程采樣系統(tǒng)理論的最初起源與某些特殊控制系統(tǒng)的分析有關(guān)。奧爾登伯格（Oldenburg）和薩托里厄斯（Sartorius）于1948年對(duì)落弓式檢流計(jì)的特性做了研究，這項(xiàng)研究對(duì)采樣系統(tǒng)的理論做出了貢獻(xiàn)。業(yè)已證明，許多特征可以通過(guò)分析一個(gè)線(xiàn)性時(shí)不變的差分方程描述，即用差分方程代替微分方程。（3）Z變換法由于拉氏變換理論已經(jīng)成功地應(yīng)用于連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)中，人們自然想到為采樣系統(tǒng)建立一種類(lèi)似的變換理論?；魻柧S茲于1947年對(duì)序列引進(jìn)了一個(gè)變換為：后來(lái)，這種變換由拉格茲尼（Ragazzini）和扎德（Zadeh）于1952年定義為Z變換。（4）狀態(tài)空間理論狀態(tài)空間理論的建立，來(lái)自許多數(shù)學(xué)家的共同努力?？柭褷顟B(tài)空間法應(yīng)用于控制理論，他建立了許多概念并解決了許多重要問(wèn)題。（5）最優(yōu)控制與隨機(jī)控制20世紀(jì)50年代后期，貝爾曼（1957年）與龐特里亞金等人（1962年）證明了許多設(shè)計(jì)問(wèn)題都可以形式化為最優(yōu)化問(wèn)題。20世紀(jì)60年代初，隨機(jī)控制理論的發(fā)展，引出所謂線(xiàn)性二次型高斯（LQG）理論。（6）

代數(shù)系統(tǒng)理論代數(shù)系統(tǒng)理論對(duì)線(xiàn)性系統(tǒng)理論有了更好的理解，并應(yīng)用多項(xiàng)式方法解決特殊問(wèn)題。（7）系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制（8）先進(jìn)控制技術(shù)先進(jìn)控制技術(shù)主要包括模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、專(zhuān)家控制技術(shù)、預(yù)測(cè)控制技術(shù)、內(nèi)?？刂萍夹g(shù)、分層遞階控制技術(shù)、魯棒控制技術(shù)、學(xué)習(xí)控制技術(shù)、非線(xiàn)性控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)等。先進(jìn)控制技術(shù)主要解決傳統(tǒng)的、經(jīng)典的控制技術(shù)難以解決的控制問(wèn)題，代表控制技術(shù)最新的發(fā)展方向，并且與多種智能控制算法是相互交融、相互促進(jìn)發(fā)展的。1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)控制系統(tǒng)因被控對(duì)象、控制算法及采用的控制器結(jié)構(gòu)的不同而有所區(qū)別。從常規(guī)來(lái)看，控制系統(tǒng)為了獲得控制信號(hào)，要將被控量

y與給定值r相比較，得到偏差信號(hào)

e=r-y。然后，利用e直接進(jìn)行控制，使系統(tǒng)的偏差減小直到消除偏差，被控量接近或等于給定值。對(duì)于這種控制，由于控制量是控制系統(tǒng)的輸出，被控量的變化值又反饋到控制系統(tǒng)的輸入端，與作為系統(tǒng)輸入量的給定值相減，所以稱(chēng)為閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。1.2.1常規(guī)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，該系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。圖1-2開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖1-1閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程可簡(jiǎn)單地歸納為三個(gè)過(guò)程。（1）信息的獲取（2）信息的處理（3）信息的輸出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。硬件由計(jì)算機(jī)、接口電路、外部設(shè)備組成，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；軟件是安裝在計(jì)算機(jī)中的程序和數(shù)據(jù)，它能夠完成對(duì)其接口和外部設(shè)備的控制，完成對(duì)信息的處理，它包括有維持計(jì)算機(jī)工作的系統(tǒng)軟件和為完成控制而進(jìn)行信息處理的應(yīng)用軟件兩大部分，軟件是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主體（包括硬件、軟件與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）和被控對(duì)象兩大部分組成。1.2.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)若把圖1-1和圖1-2中的控制器用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)代替，這樣就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其典型結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。圖1-3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也可以分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩種?？刂葡到y(tǒng)中引入計(jì)算機(jī)，就可以充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算、邏輯判斷和記憶等信息處理能力。運(yùn)用微處理器或微控制器的豐富指令，就能編制出滿(mǎn)足某種控制規(guī)律的程序，執(zhí)行該程序，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)執(zhí)行控制程序的過(guò)程如下：（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)被控參數(shù)在一定的采樣間隔進(jìn)行測(cè)量，并將采樣結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)。（2）實(shí)時(shí)計(jì)算：對(duì)采集到的被控參數(shù)進(jìn)行處理后，按一定的預(yù)先規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行控制率的計(jì)算，或稱(chēng)決策，決定當(dāng)前的控制量。（3）實(shí)時(shí)控制：根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算結(jié)果，將控制信號(hào)送往控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（4）信息管理：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享和管理也介入到控制系統(tǒng)中。上述測(cè)量、控制、運(yùn)算、管理的過(guò)程不斷重復(fù)，使整個(gè)系統(tǒng)能夠按照一定的動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行工作，并且對(duì)被控參數(shù)或控制設(shè)備出現(xiàn)的異常狀態(tài)及時(shí)監(jiān)督并迅速作出處理。1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由兩大部分組成：一部分為計(jì)算機(jī)及其輸入輸出通道，另一部分為工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象（包括被控對(duì)象與工業(yè)自動(dòng)化儀表）。1.3.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括：微處理器或微控制器、存儲(chǔ)器（ROM/RAM）、數(shù)字I/O接口通道、A-D與D-A轉(zhuǎn)換器接口通道、人機(jī)接口設(shè)備（如顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等）、網(wǎng)絡(luò)通信接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和電源等。它們通過(guò)微處理器或微控制器的地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)（亦稱(chēng)系統(tǒng)總線(xiàn)）構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，其硬件框圖如圖1-4所示。圖1-4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖1.計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)由CPU和存儲(chǔ)器構(gòu)成。它通過(guò)過(guò)程輸入通道發(fā)送來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象的生產(chǎn)工況參數(shù)，按照人們預(yù)先安排的程序，自動(dòng)地進(jìn)行信息的處理、分析和計(jì)算，并作出相應(yīng)的控制決策或調(diào)節(jié)，以信息的形式通過(guò)輸出通道，及時(shí)發(fā)出控制命令。計(jì)算機(jī)中的程序和控制數(shù)據(jù)是人們預(yù)先根據(jù)被控對(duì)象的特征編制的控制算法。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)執(zhí)行控制程序和系統(tǒng)程序，完成事先確定的控制任務(wù)。2.常規(guī)外部設(shè)備常規(guī)外部設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模和要求來(lái)配置。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等，主要用來(lái)輸入程序和數(shù)據(jù)等。

常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)等。輸出設(shè)備將各種數(shù)據(jù)和信息提供給操作人員，使其能夠了解過(guò)程控制的情況。

存儲(chǔ)設(shè)備用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和備份重要的數(shù)據(jù)，主要有磁盤(pán)等。3.過(guò)程通道過(guò)程通道是在計(jì)算機(jī)與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程之間進(jìn)行信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。根據(jù)信號(hào)的方向和形式，過(guò)程通道可分為以下四種。（1）模擬量輸入通道完成過(guò)程和被控對(duì)象送往計(jì)算機(jī)的模擬信號(hào)通過(guò)模擬量輸入通道轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠接收的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的準(zhǔn)確性和速度反映為A-D轉(zhuǎn)換的精度、位數(shù)和采樣的時(shí)間。（2）模擬量輸出通道目前，大多數(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍只能接收模擬信號(hào)，而計(jì)算機(jī)運(yùn)算決策的最終結(jié)果是數(shù)字信號(hào)。通過(guò)模擬量輸出通道將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。（3）數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道的主要作用是把過(guò)程和被控對(duì)象的開(kāi)關(guān)量或通過(guò)傳感器已轉(zhuǎn)換的數(shù)字量以并行或串行的方式傳給計(jì)算機(jī)。（4）數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道的主要作用是將計(jì)算機(jī)運(yùn)算、決策之后的數(shù)字信號(hào)以串行或并行的方式輸出給被控對(duì)象或外部設(shè)備。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是數(shù)字量輸出通道輸出的信號(hào)有時(shí)直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，其功率和阻抗的匹配問(wèn)題應(yīng)該特別注意。4．外部設(shè)備過(guò)程通道是不能直接由計(jì)算機(jī)控制的，必須由“接口”來(lái)傳送相應(yīng)的信息和命令。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口，根據(jù)應(yīng)用不同，有各種不同的接口電路。從廣義上講，過(guò)程通道屬于過(guò)程參數(shù)和計(jì)算機(jī)之間的作用接口。這里所講的接口是指通用接口電路，一般有并行接口、串行接口和管理接口（包括中斷管理、直接存取DMA管理、計(jì)數(shù)/定時(shí)等）。5．操作控制臺(tái)每個(gè)計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)接口是用來(lái)直接與CPU對(duì)話(huà)的。程序員使用該人機(jī)設(shè)備（運(yùn)行操作臺(tái)）來(lái)檢查程序。當(dāng)計(jì)算機(jī)硬件發(fā)生故障時(shí)，維修人員可以利用此設(shè)備判斷故障。生產(chǎn)過(guò)程的操作人員必須了解控制臺(tái)的使用細(xì)節(jié)，否則會(huì)引起嚴(yán)重后果。操作控制臺(tái)一般應(yīng)完成以下功能。（1）信息的顯示（2）信息的記錄（3）工作方式狀態(tài)的選擇（4）信息輸入6．網(wǎng)絡(luò)通信接口當(dāng)多個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間需要相互傳遞信息或與更高層計(jì)算機(jī)通信時(shí)，每一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就必須設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信接口。如一般的RS-232C、RS-485通信接口；TCP/IP以太網(wǎng)接口；現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口等。（1）信息的顯示（2）信息的記錄（3）工作方式狀態(tài)的選擇（4）信息輸入7．實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行需要一個(gè)時(shí)鐘，用于確定采樣周期、控制周期及事件發(fā)生時(shí)間等。常用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路如美國(guó)Dallas公司的DS12C887等。8．工業(yè)自動(dòng)化儀表它是被控對(duì)象與過(guò)程通道發(fā)生聯(lián)系的設(shè)備。有測(cè)量?jī)x表（包括傳感器和變送器）、顯示儀表（包括模擬和數(shù)字顯示儀表）、調(diào)節(jié)設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和手動(dòng)-自動(dòng)切換裝置等。手動(dòng)-自動(dòng)切換裝置在計(jì)算機(jī)故障或調(diào)試程序時(shí)，可由操作人員從自動(dòng)切換到手動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，確保生產(chǎn)安全。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件是完成控制任務(wù)的設(shè)備基礎(chǔ)，而計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用程序是履行控制系統(tǒng)任務(wù)的關(guān)鍵，通稱(chēng)為軟件。軟件的質(zhì)量關(guān)系到計(jì)算機(jī)運(yùn)行和控制效果的好壞，影響硬件性能的充分發(fā)揮和推廣應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件的組成如圖1-5所示。1.3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件圖1-5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件的組成1．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件的分類(lèi)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件按照其職能可分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和支持軟件三部分。（1）系統(tǒng)軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件用于組織和管理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件，為應(yīng)用軟件提供基本的運(yùn)行環(huán)境，并為用戶(hù)提供基本的通信和人機(jī)交互方法。（2）應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是面向生產(chǎn)過(guò)程的程序，用于完成計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和控制任務(wù)。應(yīng)用軟件一般由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員編寫(xiě)，針對(duì)特定生產(chǎn)過(guò)程定制。（3）支持軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的支持軟件是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)環(huán)境，用于為設(shè)計(jì)人員提供軟件的設(shè)計(jì)接口，并為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)提供功能更新的途徑。支持軟件包括程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、程序設(shè)計(jì)軟件、編譯連接軟件、調(diào)試軟件、診斷軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)六部分，用戶(hù)使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制軟件，通過(guò)編譯連接和調(diào)試進(jìn)行軟件測(cè)試。數(shù)據(jù)庫(kù)軟件為程序提供必要的運(yùn)行支持，并為軟件的更新和維護(hù)提供參考依據(jù)。2．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件對(duì)操作系統(tǒng)有特定的要求，其中穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性是主要要求。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)要求操作系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)異常和惡意程序具備較好的處理能力，并可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行無(wú)需更新系統(tǒng)補(bǔ)丁。除此之外，操作系統(tǒng)還需要對(duì)實(shí)時(shí)性較高的任務(wù)提供支持，以確?？刂迫蝿?wù)的正常進(jìn)行。目前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用Windows、Linux和定制系統(tǒng)三種操作系統(tǒng)。（1）Windows操作系統(tǒng)（2）Linux操作系統(tǒng)（3）定制操作系統(tǒng)3．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)可分為軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃、軟件設(shè)計(jì)模式、軟件設(shè)計(jì)方法和軟件開(kāi)發(fā)工具四個(gè)類(lèi)別。（1）軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃包括軟件開(kāi)發(fā)基本策略、軟件開(kāi)發(fā)方案和軟件過(guò)程模型三部分，軟件開(kāi)發(fā)中的三種基本策略是復(fù)用、分而治之、優(yōu)化與折衷。（2）軟件設(shè)計(jì)模式為增強(qiáng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件的代碼可靠性和可復(fù)用性，增強(qiáng)軟件的可維護(hù)性，在計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展過(guò)程中，代碼設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)和分類(lèi)編目，形成了軟件設(shè)計(jì)模式。軟件設(shè)計(jì)模式一般可分為創(chuàng)建型、結(jié)構(gòu)型和行為型三類(lèi)。（3）軟件設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中軟件的設(shè)計(jì)方法主要由面向過(guò)程方法、面向數(shù)據(jù)流方法和面向?qū)ο蠓椒?，分別對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。（4）軟件開(kāi)發(fā)工具計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中常用到的軟件開(kāi)發(fā)工具有程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、程序編譯器、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和分布式編程模型等。編程語(yǔ)言是用來(lái)定義計(jì)算機(jī)程序的標(biāo)準(zhǔn)化形式語(yǔ)言，可分為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言三種。1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類(lèi)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與其所控制的生產(chǎn)對(duì)象密切相關(guān)，控制對(duì)象不同，控制系統(tǒng)也不同。根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)、控制方案、控制目標(biāo)和系統(tǒng)構(gòu)成，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般可分為以下幾種類(lèi)型。1.4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）20世紀(jì)70年代，人們?cè)跍y(cè)量、模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用了數(shù)字計(jì)算機(jī)，從而產(chǎn)生了集中式控制。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制最早的一種類(lèi)型。把需要采集的過(guò)程參數(shù)經(jīng)過(guò)采樣、A-D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對(duì)這些輸入量進(jìn)行計(jì)算處理（如數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、越限報(bào)警等），并按需要進(jìn)行顯示和打印輸出，如圖1-6所示。圖1-6數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC是計(jì)算機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用最普遍的一種方式。它是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與給定值進(jìn)行比較，并按預(yù)定的數(shù)學(xué)模型（如PID控制規(guī)律）進(jìn)行運(yùn)算，其輸出直接控制被控對(duì)象，使被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值上，如圖1-7所示。

DDC系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的一種最典型的系統(tǒng)，在熱工、化工、機(jī)械、建材、冶金等領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用。1.4.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）圖1-7直接數(shù)字控制系統(tǒng)在DDC系統(tǒng)中是用計(jì)算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生直接影響的被控參數(shù)給定值是預(yù)先設(shè)定的，并存入計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，這個(gè)給定值不能根據(jù)生產(chǎn)工藝信息的變化及時(shí)修改，故DDC系統(tǒng)無(wú)法使生產(chǎn)過(guò)程處于最優(yōu)工況。監(jiān)督控制系統(tǒng)有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式。一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器，另一種是SCC+DDC控制系統(tǒng)。1.具有成本效益的網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式如圖1-8所示。1.4.3監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）圖1-8SCC+模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)2．SCC+DDC控制系統(tǒng)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式如圖1-9所示。圖1-9SCC+DDC系統(tǒng)

20世紀(jì)80年代，由于微處理器的出現(xiàn)而產(chǎn)生了分布式控制系統(tǒng)（DCS）。它以微處理器為核心，實(shí)現(xiàn)地理上和功能上的控制，同時(shí)通過(guò)高速數(shù)據(jù)通道把各個(gè)分散點(diǎn)的信息集中起來(lái)，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作，并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和優(yōu)化。DCS的設(shè)計(jì)原則是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)。世界上許多國(guó)家，包括中國(guó)都已大批量生產(chǎn)各種型號(hào)的集散控制系統(tǒng)。雖然它們型號(hào)不同，但其結(jié)構(gòu)和功能都大同小異，均是由以微處理器為核心的基本數(shù)字控制器，高速數(shù)據(jù)通道、CRT操作站和監(jiān)督計(jì)算機(jī)等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。1.4.4分布式控制系統(tǒng)（DCS）圖1-10分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)較之過(guò)去的集中控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）控制分散、信息集中（2）系統(tǒng)模塊化（3）數(shù)據(jù)通信能力較強(qiáng)（4）友好而豐富的人機(jī)接口（5）可靠性高監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA——SupervisoryControlAndDataAcquisition）它包含兩個(gè)層次的功能：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。目前，對(duì)SCADA系統(tǒng)的沒(méi)有統(tǒng)一的定義，一般來(lái)講，SCADA系統(tǒng)特指分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，主要用于測(cè)控點(diǎn)比較分散、分布范圍較廣的成產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備的監(jiān)控。SCADA系統(tǒng)比較流行的定義是：SCADA系統(tǒng)是一類(lèi)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它綜合利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成了對(duì)測(cè)控點(diǎn)分散的各種過(guò)程或設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、本地或遠(yuǎn)程的控制，以及生產(chǎn)過(guò)程的全面實(shí)時(shí)監(jiān)控，并為安全生產(chǎn)、調(diào)度、優(yōu)化和故障診斷提供必要和完整的數(shù)據(jù)及技術(shù)支持。1.4.5監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）SCADA系統(tǒng)包括三個(gè)組成部分：第一個(gè)是一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；第二個(gè)是過(guò)程監(jiān)控與管理系統(tǒng)；第三個(gè)是通信網(wǎng)絡(luò)。SCADA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1-11所示。SCADA系統(tǒng)這三個(gè)組成部分的功能不同，但三者的有效集成，則構(gòu)成了功能強(qiáng)大的SCADA系統(tǒng)，完成了對(duì)整個(gè)過(guò)程的有效監(jiān)控。SCADA系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于供水工程、污水處理系統(tǒng)、石油和天然氣管網(wǎng)、電力系統(tǒng)和軌道交通等系統(tǒng)中。圖1-11SCADA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的集散控制系統(tǒng)DCS盡管給工業(yè)過(guò)程控制帶來(lái)了許多好處，但由于它們采用了“操作站—控制站—現(xiàn)場(chǎng)儀表”的結(jié)構(gòu)模式，系統(tǒng)成本較高，況且各廠(chǎng)家生產(chǎn)的DCS標(biāo)準(zhǔn)不同，不能互聯(lián)，給用戶(hù)帶來(lái)了極大的不方便和使用維護(hù)成本的增加?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem-FCS）是20世紀(jì)80年代中期在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的新一代分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它采用了不同于DCS的“工作站—現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能儀表”結(jié)構(gòu)模式，降低了系統(tǒng)總成本，提高了可靠性，且在統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下可實(shí)現(xiàn)真正的開(kāi)放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此它是一種具有發(fā)展前途的真正分散控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1-12所示。1.4.6現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)（FCS）圖1-12現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程規(guī)模的日益復(fù)雜與大型化，現(xiàn)代化工業(yè)要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅要完成直接面向過(guò)程的控制和優(yōu)化任務(wù)，而且要在獲取生產(chǎn)全部過(guò)程盡可能多的信息基礎(chǔ)上，進(jìn)行整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的綜合管理、指揮調(diào)度和經(jīng)營(yíng)管理。由于自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信等技術(shù)的發(fā)展，已完全可以滿(mǎn)足上述要求，能實(shí)現(xiàn)這些功能的系統(tǒng)稱(chēng)之為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS-ComputerIntegratedManufactureSystem），當(dāng)CIMS用于流程工業(yè)時(shí)，簡(jiǎn)稱(chēng)為流程CIMS或CIPS（ComputerIntegratedProcessingSystem）。流程工業(yè)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)按其功能可以自下而上地分為若干層，如過(guò)程直接控制層、過(guò)程優(yōu)化監(jiān)控層、生產(chǎn)調(diào)度層、企業(yè)管理層和經(jīng)營(yíng)決策層等，其結(jié)構(gòu)如圖1-13所示。1.4.7工業(yè)過(guò)程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

（流程CIMS）圖1-13流程工業(yè)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)形成的反饋控制系統(tǒng)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS（NetworkControlSystem）。該類(lèi)系統(tǒng)中，被控制對(duì)象與控制器以及控制器與驅(qū)動(dòng)器之間是通過(guò)一個(gè)公共的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)連接的。這種網(wǎng)絡(luò)化的控制模式具有信息資源能夠共享、連接線(xiàn)數(shù)大大減少、易于擴(kuò)展、易于維護(hù)、高效率、高可靠性及靈活等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)控制系統(tǒng)的發(fā)展模式。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介的不同，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可以是有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)或混合網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一種空間分布式系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將分布于不同地理位置的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制器連接起來(lái)，形成閉環(huán)的一種全分布式實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)。典型NCS結(jié)構(gòu)如圖1-14所示。1.4.8網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS）圖1-14典型NCS結(jié)構(gòu)其中τsc表示數(shù)據(jù)從傳感器傳輸?shù)娇刂破鞯臅r(shí)延，

τca表示數(shù)據(jù)從控制器傳輸?shù)綀?zhí)行器的時(shí)延。隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源、電力、交通運(yùn)輸業(yè)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，復(fù)雜工業(yè)控制系統(tǒng)大量涌現(xiàn)。復(fù)雜工業(yè)控制系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)、環(huán)境、功能和過(guò)程的復(fù)雜化，系統(tǒng)的物質(zhì)流、能量流、信息流交互作用復(fù)雜，多層次、多結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)化、大數(shù)據(jù)特征使得系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理不明確。傳統(tǒng)復(fù)雜流程工業(yè)控制系統(tǒng)的金字塔式人工調(diào)控方式如圖1-15所示。1.4.9復(fù)雜流程工業(yè)控制系統(tǒng)圖1-15傳統(tǒng)復(fù)雜流程工業(yè)控制系統(tǒng)的金字塔式人工調(diào)控方式金字塔式人工調(diào)控造成復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量低、能耗高，不符合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。目前，復(fù)雜流程工業(yè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)朝著多層次發(fā)展，復(fù)雜流程工業(yè)控制系統(tǒng)運(yùn)行控制與管理的多層次結(jié)構(gòu)如圖1-16所示。圖1-16復(fù)雜流程工業(yè)控制系統(tǒng)運(yùn)行控制與管理的多層次結(jié)構(gòu)在多層次機(jī)構(gòu)中需要解決以下問(wèn)題：（1）能量流的建模。（2）物質(zhì)流的建模。（3）物質(zhì)流和能量流的交互作用。（4）信息化的作用（即自動(dòng)化）對(duì)物質(zhì)流，能量流時(shí)空配置的定量影響。復(fù)雜流程工業(yè)控制系統(tǒng)過(guò)程調(diào)控的手段是控制各個(gè)控制回路的設(shè)定值，使得在信息流的控制下，能量流和物質(zhì)流形成最優(yōu)耦合，從而實(shí)現(xiàn)全廠(chǎng)運(yùn)行的優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)能減排。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（EmbeddedControlSystem）向著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，促進(jìn)了嵌入式控制系統(tǒng)的誕生。嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）的一般定義是：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)符合目前發(fā)展現(xiàn)狀的定義是：硬件以一個(gè)高性能的微處理器或微控制器（目前通常是32位處理器或微控制器）為基礎(chǔ)，軟件以一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的綜合平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)的處理能力是以往的單片機(jī)所無(wú)法比擬的，它涵蓋了軟件和硬件兩個(gè)方面，因此稱(chēng)之為“嵌入式系統(tǒng)”。嵌入式系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型如圖1-17所示。1.4.10嵌入式控制系統(tǒng)（ECS）圖1-17嵌入式系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型嵌入式控制系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)與控制系統(tǒng)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，即應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）面向具體控制過(guò)程，它具有很強(qiáng)的專(zhuān)用性，必須結(jié)合實(shí)際控制系統(tǒng)的要求和環(huán)境進(jìn)行合理的裁剪。（2）適用于實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系，系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件一體化，具有軟件代碼小、自動(dòng)化程度高、響應(yīng)快等特點(diǎn)，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成多個(gè)任務(wù)。（3）是先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。（4）系統(tǒng)本身不具備自開(kāi)發(fā)能力，設(shè)計(jì)完成之后用戶(hù)通常不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)。1.5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用的技術(shù)和發(fā)展

趨勢(shì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制理論的結(jié)合。由于計(jì)算機(jī)具有大量存儲(chǔ)信息的能力、強(qiáng)大的邏輯判斷能力及其快速運(yùn)算的能力，使計(jì)算機(jī)控制能夠解決常規(guī)控制所不能解決的難題，能夠達(dá)到常規(guī)控制達(dá)不到的優(yōu)異的性能指標(biāo)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展與數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)，其發(fā)展前景是非常廣闊的?？删幊炭刂破鳎≒rogrammableLogicController-簡(jiǎn)稱(chēng)PLC），是用于控制生產(chǎn)過(guò)程的新型自動(dòng)控制裝置。近年來(lái)，由于開(kāi)發(fā)了具有智能I/O模塊的PLC，它可以將順序控制和過(guò)程控制結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，并具有很高的可靠性。由于可編程控制器把計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，而其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點(diǎn)，因而在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。1.5.1基于可編程控制器（PLC）的

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器完成開(kāi)關(guān)量控制，如輸入、輸出、定量、計(jì)數(shù)等。不僅如此，高檔的PLC還可以和上位機(jī)一起構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，完成對(duì)溫度、壓力、流量、液位、成份等各參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)和過(guò)程控制。發(fā)展以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)等先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的DCS和FCS控制結(jié)構(gòu)，采用先進(jìn)的控制策略，向低成本綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造/工程系統(tǒng)（CIMS/CIPS）。1.5.2采用新型的DCS和FCS控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，節(jié)約原材料、降低成本，常會(huì)要求生產(chǎn)過(guò)程處于最佳工作狀況。最優(yōu)控制就是恰當(dāng)?shù)剡x擇控制規(guī)律，在控制系統(tǒng)的工作條件不變以及某些物理?xiàng)l件的限制下，使得系統(tǒng)的某種性能指標(biāo)取得最大值或最小值，即獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。最優(yōu)控制理論是50年代中期在空間技術(shù)的推動(dòng)下開(kāi)始形成和發(fā)展起來(lái)的。蘇聯(lián)學(xué)者L.S.龐特里亞金1958年提出的極大值原理和美國(guó)學(xué)者R.貝爾曼1956年提出的動(dòng)態(tài)規(guī)劃，對(duì)最優(yōu)控制理論的形成和發(fā)展起了重要的作用。線(xiàn)性系統(tǒng)在二次型性能指標(biāo)下的最優(yōu)控制問(wèn)題則是R.E.卡爾曼在60年代初提出和解決的。1.5.3最優(yōu)控制（OptimalControl）從數(shù)學(xué)上看，確定最優(yōu)控制問(wèn)題可以表述為：在運(yùn)動(dòng)方程和允許控制范圍的約束下，對(duì)以控制函數(shù)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為變量的性能指標(biāo)函數(shù)（稱(chēng)為泛函）求取極值（極大值或極小值）。解決最優(yōu)控制問(wèn)題的主要方法有古典變分法（對(duì)泛函求極值的一種數(shù)學(xué)方法）、極大值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃。最優(yōu)控制已被應(yīng)用于綜合和設(shè)計(jì)最速控制系統(tǒng)、最省燃料控制系統(tǒng)、最小能耗控制系統(tǒng)和線(xiàn)性調(diào)節(jié)器等。在最優(yōu)控制系統(tǒng)中，當(dāng)被控對(duì)象的工作條件發(fā)生變化時(shí)，就不再是最優(yōu)狀態(tài)了。若系統(tǒng)本身工作條件變化的情況下，能自動(dòng)地改變控制規(guī)律，使系統(tǒng)仍能處于最佳工作狀態(tài)，其性能指標(biāo)仍能取得最佳，這就是自適應(yīng)控制。自適應(yīng)控制包括性能估計(jì)（系統(tǒng)辨識(shí)）、決策和修改三部分。自適應(yīng)控制器能修正自己的特性以適應(yīng)對(duì)象和擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性的變化。1.5.4自適應(yīng)控制人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是研究使計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的某些思維過(guò)程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等）的學(xué)科，主要包括計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能的原理、制造類(lèi)似于人腦智能的計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)更高層次的應(yīng)用。人工智能涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)和語(yǔ)言學(xué)等學(xué)科。人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類(lèi)智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專(zhuān)家系統(tǒng)等。人工智能從誕生以來(lái)，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，未來(lái)人工智能帶來(lái)的科技產(chǎn)品，將會(huì)是人類(lèi)智慧的“容器”。人工智能可以對(duì)人的意識(shí)、思維的信息過(guò)程的模擬。1.5.5人工智能人工智能涉及信息論、控制論、自動(dòng)化、仿生學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、數(shù)理邏輯、語(yǔ)言學(xué)、醫(yī)學(xué)和哲學(xué)等多門(mén)學(xué)科。人工智能學(xué)科研究的主要內(nèi)容包括：知識(shí)表示、自動(dòng)推理和搜索方法、機(jī)器學(xué)習(xí)和知識(shí)獲取、知識(shí)處理系統(tǒng)、自然語(yǔ)言理解、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、智能機(jī)器人、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)等方面。人工智能具有代表性的兩個(gè)尖端領(lǐng)域是專(zhuān)家系統(tǒng)和機(jī)器人。由于工業(yè)對(duì)象通常是多輸入、多輸出的復(fù)雜關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，具有非線(xiàn)性、時(shí)變性、強(qiáng)耦合與不確定性等特點(diǎn)，難以得到精確的數(shù)學(xué)模型。面對(duì)理論發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用之間的不協(xié)調(diào)，在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域內(nèi)，美國(guó)和法國(guó)首先出現(xiàn)了一類(lèi)新型計(jì)算機(jī)控制算法，如動(dòng)態(tài)矩陣控制（DynamicMatrixControl，DMC）和模型算法控制（ModelAlgorithmicControl，MAC）。這類(lèi)算法以對(duì)象的階躍響應(yīng)或脈沖響應(yīng)直接作為模型，采用動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化的策略，具有易于建模、魯棒性強(qiáng)的顯著優(yōu)點(diǎn)，十分適合復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的特點(diǎn)和要求。它們?cè)谄啺l(fā)電機(jī)、蒸餾塔、預(yù)熱爐等控制中的成功應(yīng)用，引起了工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域的極大興趣。1.5.6預(yù)測(cè)控制預(yù)測(cè)控制的優(yōu)點(diǎn)是其應(yīng)用靈活性，如可采用串級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)-PID控制方式。該方法充分發(fā)揮了串級(jí)結(jié)構(gòu)、PID控制和預(yù)測(cè)控制的各自特點(diǎn)，同時(shí)保證了對(duì)抗干擾反應(yīng)的快速性和對(duì)系統(tǒng)模型失配的魯棒性的設(shè)計(jì)要求。預(yù)測(cè)控制作為先進(jìn)過(guò)程控制的典型代表，它的出現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的優(yōu)化控制產(chǎn)生了深刻影響，在全球煉油、化工等行業(yè)數(shù)千個(gè)復(fù)雜裝置中的成功應(yīng)用以及由此取得的巨大經(jīng)濟(jì)效益，使之成為工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域中最受青睞的先進(jìn)控制算法。不僅如此，由于預(yù)測(cè)控制算法具有在不確定環(huán)境下進(jìn)行優(yōu)化控制的共性機(jī)理，使其應(yīng)用跨越了工業(yè)過(guò)程，而延伸到航空、機(jī)電、環(huán)境、交通和網(wǎng)絡(luò)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。1.智能控制的產(chǎn)生傳統(tǒng)控制方法包括經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制缺乏靈活性和應(yīng)變能力，適于解決線(xiàn)性、時(shí)不變性等相對(duì)簡(jiǎn)單的控制問(wèn)題。傳統(tǒng)控制方法在實(shí)際應(yīng)用中遇到很多難以解決的問(wèn)題，主要表現(xiàn)以下幾點(diǎn)：（1）實(shí)際系統(tǒng)由于存在復(fù)雜性、非線(xiàn)性、時(shí)變性、不確定性和不完全性等，無(wú)法獲得精確的數(shù)學(xué)模型。（2）某些復(fù)雜的和包含不確定性的控制過(guò)程無(wú)法用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，即無(wú)法解決建模問(wèn)題。（3）針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)往往需要進(jìn)行一些比較苛刻的線(xiàn)性化假設(shè)，而這些假設(shè)往往與實(shí)際系統(tǒng)不符合。1.5.7智能控制（4）實(shí)際控制任務(wù)復(fù)雜，而傳統(tǒng)的控制任務(wù)要求低，對(duì)復(fù)雜的控制任務(wù)，如智能機(jī)器人控制、社會(huì)經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)等無(wú)能為力。

智能控制研究對(duì)象具備以下特點(diǎn)：（1）不確定性的模型：智能控制適合于不確定性對(duì)象的控制，其不確定性包括兩層意思：一是模型未知或知之甚少；二是模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能在很大范圍內(nèi)變化。（2）高度的非線(xiàn)性：采用智能控制方法可以較好地解決非線(xiàn)性系統(tǒng)的控制問(wèn)題。（3）復(fù)雜的任務(wù)要求：例如，智能機(jī)器人要求控制系統(tǒng)對(duì)一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)具有自行規(guī)劃和決策的能力，有自動(dòng)躲避障礙運(yùn)動(dòng)到期望目標(biāo)位置的能力。再如，在復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，除了要求對(duì)各被控物理量實(shí)現(xiàn)定值調(diào)節(jié)外，還要求能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)啟停、故障的自動(dòng)診斷以及緊急情況下的自動(dòng)處理等功能。2.智能控制的幾個(gè)重要分支（1）模糊控制以往的各種傳統(tǒng)控制方法均是建立在被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，然而，隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，將難以建立系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型。在工程實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)，一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)可由一個(gè)操作人員憑著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得到滿(mǎn)意的控制效果。這說(shuō)明，如果通過(guò)模擬人腦的思維方法設(shè)計(jì)控制器，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的控制，由此產(chǎn)生了模糊控制。1965年美國(guó)加州大學(xué)自動(dòng)控制系L.A.Zedeh提出模糊集合理論，奠定了模糊控制的基礎(chǔ)；1974年倫敦大學(xué)的Mamdani博士利用模糊邏輯，開(kāi)發(fā)了世界上第一臺(tái)模糊控制的蒸汽機(jī)，從而開(kāi)創(chuàng)了模糊控制的歷史；1983年日本富士電機(jī)開(kāi)創(chuàng)了模糊控制在日本的第一項(xiàng)應(yīng)用—水凈化處理，之后，富士電機(jī)致力于模糊邏輯元件的開(kāi)發(fā)與研究，并于1987年在仙臺(tái)地鐵線(xiàn)上采用了模糊控制技術(shù)，1989年將模糊控制消費(fèi)品推向高潮，使日本成為模糊控制技術(shù)的主導(dǎo)國(guó)家?；谀：刂频陌l(fā)展可分為三個(gè)階段：1965年~1974年為模糊控制發(fā)展的第一階段，即模糊數(shù)學(xué)發(fā)展和形成階段；1974年~1979年為模糊控制發(fā)展的第二階段，產(chǎn)生了簡(jiǎn)單的模糊控制器；1979年—現(xiàn)在為模糊控制發(fā)展的第三階段，即高性能模糊控制階段。采用模糊系統(tǒng)可充分逼近任意復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng)，基于模糊系統(tǒng)逼近的自適應(yīng)模糊控制是模糊控制的更高形式。（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入控制領(lǐng)域就形成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是從機(jī)理上對(duì)人腦生理系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模擬的一種新興智能控制方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行機(jī)制、模式識(shí)別、記憶和自學(xué)習(xí)能力的特點(diǎn)，它能夠?qū)W習(xí)與適應(yīng)不確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性等。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可充分逼近任意復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的更高形式。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在控制領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。（3）智能搜索算法智能搜索算法是人工智能的一個(gè)重要分支。隨著優(yōu)化理論的發(fā)展，智能算法得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，成為解決搜索問(wèn)題的新方法，如遺傳算法、粒子群算法和差分進(jìn)化算法等。這些優(yōu)化算法都是通過(guò)模擬揭示自然現(xiàn)象和過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)和機(jī)制的獨(dú)特，為具有搜索問(wèn)題提供了切實(shí)可行的解決方案。3.智能控制的特點(diǎn)（1）學(xué)習(xí)功能智能控制器能通過(guò)從外界環(huán)境所獲得的信息進(jìn)行學(xué)習(xí)，不斷積累知識(shí)，使系統(tǒng)的控制性能得到改善。（2）適應(yīng)功能智能控制器具有從輸入到輸出的映射關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)不依賴(lài)于模型的自適應(yīng)控制，當(dāng)系統(tǒng)某一部分出現(xiàn)故障時(shí)，也能進(jìn)行控制。（3）自組織功能智能控制器對(duì)復(fù)雜的分布式信息具有自組織和協(xié)調(diào)的功能，當(dāng)出現(xiàn)多目標(biāo)沖突時(shí)，它可以在任務(wù)要求的范圍內(nèi)自行決策，主動(dòng)采取行動(dòng)。（4）優(yōu)化能力智能控制能夠通過(guò)不斷優(yōu)化控制參數(shù)和尋找控制器的最佳結(jié)構(gòu)形式，獲得整體最優(yōu)的控制性能。4.智能控制的應(yīng)用

作為智能控制發(fā)展的高級(jí)階段，智能控制主要解決那些用傳統(tǒng)控制方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題，其中包括智能機(jī)器人控制、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、工業(yè)過(guò)程控制、航空航天控制、社會(huì)經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、環(huán)保和能源系統(tǒng)等。下面以智能控制在機(jī)器人控制和過(guò)程控制中的應(yīng)用為例進(jìn)行說(shuō)明。（1）在運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用以機(jī)器人控制為例，智能機(jī)器人是目前機(jī)器人研究中的熱門(mén)課題。E.H.Mamdan于20世紀(jì)80年代初首次將模糊控制應(yīng)用于一臺(tái)實(shí)際機(jī)器人的操作臂控制。J.S.Albus于1975年提出小腦模型關(guān)節(jié)控制器（CerebellarModelArculationController，簡(jiǎn)稱(chēng)CMAC），它是仿照小腦如何控制肢體運(yùn)動(dòng)的原理而建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用CMAC，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制，這是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在機(jī)器人控制的一個(gè)典型應(yīng)用。

飛行器是非線(xiàn)性、多變量和不確定性的復(fù)雜對(duì)象，是智能控制發(fā)揮潛力的重要領(lǐng)域。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有對(duì)非線(xiàn)性函數(shù)的逼近能力和自學(xué)習(xí)能力，可設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)飛行器控制算法。例如，利用反演控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的非線(xiàn)性自適應(yīng)方法，可實(shí)現(xiàn)飛行系統(tǒng)的縱向和橫側(cè)向通道的控制器設(shè)計(jì)。（2）在過(guò)程控制中的應(yīng)用過(guò)程控制是指石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織、制藥和建材等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，它是自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)極其重要的方面。智能控制在過(guò)程控制上有著廣泛的應(yīng)用。在石油化工方面，1994年美國(guó)的Gensym公司和Neuralware公司聯(lián)合將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于煉油廠(chǎng)的非線(xiàn)性工藝過(guò)程。在冶金方面，日本的新日鐵公司于1990年將專(zhuān)家控制系統(tǒng)應(yīng)用于軋鋼生產(chǎn)過(guò)程。在化工方面，日本的三菱化學(xué)合成公司研制出用于乙烯工程模糊控制系統(tǒng)。智能控制應(yīng)用于過(guò)程控制領(lǐng)域，是控制理論發(fā)展的新的方向。1.CPS信息物理系統(tǒng)（CyberPhysicalSystem，CPS）是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過(guò)3C（Computing、Communication、Control）技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。CPS實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，可視系統(tǒng)更加可靠、高效、實(shí)時(shí)協(xié)同，具有重要而廣泛的應(yīng)用前景。CPS的意義在于將物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等5大功能。CPS本質(zhì)上是一個(gè)具有控制屬性的網(wǎng)絡(luò)，但它又有別于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)。1.5.8綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)CPS包括了兩個(gè)主要的功能組件：（1）高級(jí)的互聯(lián)功能，確保能夠?qū)崟r(shí)地從物理世界獲取數(shù)據(jù)，以及從虛擬世界中獲得信息反饋。（2）智能的數(shù)據(jù)管理、分析和計(jì)算能力，從而構(gòu)建出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間。CPS的五層次結(jié)構(gòu)則提供了一種逐步漸進(jìn)的在制造行業(yè)中開(kāi)發(fā)和部署CPS的指南，如圖1-18所示。圖1-18CPS的五層次結(jié)構(gòu)（1）智能連接層（Connection）從設(shè)備及其零部件中獲取準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)是開(kāi)發(fā)CPS的第一步。這些數(shù)據(jù)可以是直接通過(guò)傳感器測(cè)量的，也可以是從控制器或企業(yè)管理系統(tǒng)（如ERP、MES、SCM和CRM等）中獲得數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)-信息的轉(zhuǎn)換層（Conversion）必須從數(shù)據(jù)中獲得有意義的信息。目前，在數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)換層上已經(jīng)有不少種可供使用的工具和方法。近年來(lái)，人們關(guān)注的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)算法，通過(guò)計(jì)算，可給設(shè)備帶來(lái)“自感知（Self-Awareness）”的能力。（3）網(wǎng)絡(luò)層（Cyber）

網(wǎng)絡(luò)層在這個(gè)結(jié)構(gòu)中起著中央信息連接的作用。信息從每一臺(tái)連接的設(shè)備中向它推送，從而構(gòu)成了設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。在搜集了大量的信息之后，必須要使用特定的分析技術(shù)來(lái)從中抽取出有用的信息，從而對(duì)每一臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)獲得更好的洞察。（4）認(rèn)知層（Cognition）

認(rèn)知層會(huì)對(duì)被監(jiān)控的系統(tǒng)產(chǎn)生完整的知識(shí)。通過(guò)將獲取的知識(shí)正確地展示給專(zhuān)家，以支持他們做正確的決策。由于每一臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)和比較信息都可以獲得，所以可以在此基礎(chǔ)上對(duì)所執(zhí)行的流程做出進(jìn)行優(yōu)化的決策。（5）配置層（Configuration）配置層是來(lái)自網(wǎng)絡(luò)空間對(duì)物理空間的反饋，其作用是監(jiān)管控制，讓設(shè)備做出自配置和自適應(yīng)。這一層扮演著復(fù)原控制系統(tǒng)（ResilienceControlSystem，RCS）的角色，執(zhí)行正確的和具有預(yù)防性的決策。它所發(fā)出的信息可以作為供給業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的反饋。操作人員和工廠(chǎng)管理人員可以基于這些信息做出對(duì)應(yīng)的決策。CPS的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，包括智能工廠(chǎng)、智能交通、能源節(jié)省、環(huán)境監(jiān)控、航空航天、水電等基礎(chǔ)設(shè)施、節(jié)能建筑等。2.“工業(yè)4.0”和中國(guó)制造2025

“工業(yè)4.0”即第四次工業(yè)革命，是指利用信息物理系統(tǒng)將生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造、銷(xiāo)售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速，有效，個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)?！肮I(yè)4.0”是德國(guó)政府提出的一個(gè)高科技戰(zhàn)略計(jì)劃，獲得德國(guó)聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)手資助，旨在提高德國(guó)工業(yè)在全球的競(jìng)爭(zhēng)力。針對(duì)第四次工業(yè)革命，我國(guó)提出了《中國(guó)制造2025》。隨著新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步推進(jìn)，我國(guó)載人航天、載人深潛、大型飛機(jī)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、超級(jí)計(jì)算機(jī)、高鐵裝備、百萬(wàn)千瓦級(jí)發(fā)電裝備、萬(wàn)米深海石油鉆探設(shè)備等一批重大技術(shù)裝備取得突破，形成了若干具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)和骨干企業(yè)，具備了建設(shè)工業(yè)強(qiáng)國(guó)的基礎(chǔ)和條件。“工業(yè)4.0”項(xiàng)目主要分為三大主題：（1）數(shù)字工廠(chǎng)數(shù)字工廠(chǎng)是在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生成組織方式，是現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，主要作為溝通產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的橋梁，其本質(zhì)是信息的集成。（2）智能工廠(chǎng)智能工廠(chǎng)是在數(shù)字化工廠(chǎng)的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，提高生產(chǎn)過(guò)程可控性、減少生產(chǎn)線(xiàn)人工干預(yù)，以及合理計(jì)劃排程。同時(shí)集智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保和舒適的人性化工廠(chǎng)，其本質(zhì)是人機(jī)有效交互。（3）智能制造智能制造系統(tǒng)在制造過(guò)程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過(guò)人與智能機(jī)器的合作，部分取代專(zhuān)家腦力勞動(dòng)。智能制造系統(tǒng)不只是人工智能，在突出人核心地位的同時(shí)，使智能機(jī)器和人能真正地結(jié)合在一起，其本質(zhì)是人機(jī)一體化。第5代移動(dòng)通信技術(shù)（5thGenerationMobileNetworks或5thGenerationWirelessSystems、5th-Generation，簡(jiǎn)稱(chēng)5G或5G技術(shù)）是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，也是繼4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統(tǒng)之后的延伸。5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。2015年9月，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了ITU-RM2083《IMT愿景：5G架構(gòu)和總體目標(biāo)》，正式明確了5G的愿景是“萬(wàn)物互聯(lián)”。在此愿景下，5G主要包括三大類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景，即增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、低時(shí)延高可靠通信（URLLC）和海量機(jī)器類(lèi)通信（mMTC）。1.5.95G實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物互聯(lián)”的愿景（1）eMBB對(duì)應(yīng)于移動(dòng)寬帶服務(wù)的增強(qiáng)，如通過(guò)支持更高的用戶(hù)數(shù)據(jù)速率來(lái)傳輸更大的數(shù)據(jù)量，并進(jìn)一步增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)。（2）URLLC服務(wù)要求非常低的時(shí)延和極高的可靠性，如交通安全、自動(dòng)控制和智能工廠(chǎng)。一般認(rèn)為，這是對(duì)系統(tǒng)性能要求最嚴(yán)格的場(chǎng)景。（3）mMTC對(duì)應(yīng)以海量設(shè)備為特征的服務(wù)，如遠(yuǎn)程傳感器、設(shè)備監(jiān)控等。此類(lèi)服務(wù)的關(guān)鍵要求包括非常低的設(shè)備成本、非常低的設(shè)備能耗、廣覆蓋，但對(duì)數(shù)據(jù)速率往往沒(méi)有更高的要求。5G具有如下特點(diǎn)：（1）峰值速率需要達(dá)到Gbit/s的標(biāo)準(zhǔn)，以滿(mǎn)足高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等大數(shù)據(jù)量傳輸。（2）空中接口時(shí)延水平需要在1ms左右，滿(mǎn)足自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等實(shí)時(shí)應(yīng)用。（3）超大網(wǎng)絡(luò)容量，提供千億設(shè)備的連接能力，滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)通信。（4）頻譜效率要比LTE提升10倍以上。（5）連續(xù)廣域覆蓋和高移動(dòng)性下，用戶(hù)體驗(yàn)速率達(dá)到100Mbit/s。（6）流量密度和連接數(shù)密度大幅度提高。（7）系統(tǒng)協(xié)同化、智能化水平提升，表現(xiàn)為多用戶(hù)、多點(diǎn)、多天線(xiàn)和多攝取的協(xié)同組網(wǎng)，以及網(wǎng)絡(luò)間靈活地自動(dòng)調(diào)整。5G技術(shù)已在車(chē)聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)駕駛