计算机控制系统在电气工程及自动化中的应用研究

引言

计算机控制系统可以实现对电气工程中设备制造环节和使用环节的控制。系统包括检测与控制、信号处理、数据采集等模块，通过逻辑线路和程序设置，经过数据转换和整合，形成计算机系统可理解和分析的信息，从而有序运转。在计算机技术的持续改进下，电气自动化领域逐渐涵盖设备管理与项目控制等多个层次的融合。

1 计算机控制系统结构分析

计算机控制系统能够实现分散式管理，它包括现场控制设备、核心控制器、数据传输网络以及管理端。在电气工程范畴内，利用计算机控制系统对生产各环节实施动态监测，并将监测结果传送给主控终端。在电气自动化工程中，以计算机为媒介进行数据交换，实现现场控制器与实时数据的交互，同时为执行数据传送流程提供必要载体。通常来说，计算机控制系统由局域网和二级网构成整个网络体系。通过这些网络，计算机控制系统完成对相关设备的自动控制，将场地实况与控制终端相连，实现监测数据与信息的交互。采用局域网与二级网相结合的方式，能够全面地反映出现场实时数据，保证数据流动的及时性与有序性。计算机控制系统将检测到的数据进行实时存储，并与实际运行情况进行对比。若能识别某个异常参数，系统可即时作出响应。同时，在系统控制功能模块，其体系架构具有较大的灵活性。计算机控制系统能将现场监测装置与终端主控单元进行连接，完成相关数据流的收集与整合。

2 电气工程及自动化中计算机控制系统设计

2.1 计算机监控系统

目前，以计算机技术为基础的演化与创新，使计算机控制方式在安全与稳定方面的优势愈发突出。在电气自动化控制领域，将计算机技术用于监测系统运作状态的做法已普遍推广，不仅能增强自动化控制系统的安全性能，也能显著降低设计成本，符合系统设计标准。在建立计算机监控系统结构时，除了要考虑其本身的稳定性，还应考虑其可延展性，以验证其是否能够满足某些重要的功能需求。计算机监控系统采用集中式或分布式控制两种形式。集中式控制无法为系统提供足够的支持，因而并未得到广泛应用[2]。在执行具体监控操作的过程中，集中式控制在遇到设备失效或者运行参数偏差时，很难保证系统的稳定性，因而基于分布式控制结构的系统架构更能体现其在此方面的优势。采用分布式控制方法，可以对计算机监控系统中出现的故障进行辨识和诊断，并将相应结果传递给终端主机，使其能够更好地进行故障处理。为此，在众多供热设施中，广泛采用分布式调控策略。此类系统一般分布于供热主控层及地面控制层，并连接至继电保护设备，确保系统稳定运作。

2.2 电气负荷自动化控制系统设计

在电气自动化系统中，负荷量影响整个系统的运行效能，可采取限电措施来避免超负荷的情况。但由于工业生产模式持续革新，仅靠限电措施已无法满足需求。因此，需要着重解决电力供应难题。电气自动化控制系统需要结合时代发展需求，持续为社会发展提供稳定的电能供给，并对用电设备进行有效管理与保护，构建更为稳定的电气负荷控制体系。

2.3 线路系统设计

利用计算机技术构建电气自动化管理系统，因电路结构的复杂性，导致系统布线规划面临较大挑战。线路设计必须由具有专业技能的人员实施，且在具体的电气设计中，设计人员应提升专业素质、增强责任感，以确保线路系统设计工作顺利开展。同时，设计人员应从多方面出发，以计算机技术为基础，并根据电气自动控制系统的具体条件及规范，构建一套严谨的线路规划方案。依据此设计理念，整个线路系统将更契合电气自动化控制功能。

3 电气工程及自动化领域计算机控制系统的具体应用

3.1 闭环伺服控制系统

闭环伺服控制系统基于控制器模块，采用功率转换器作为动力来源，电机作为驱动装置，构成基于当代工程控制系统基本原理的电动机驱动调控架构。电机作为控制客体，其角度、速度和扭矩是主要控制目标，通过对系统的指令完成相关功能。在有源电力滤波器应用、非空调列车及不间断电源发电系统配置中，可通过系统整合实现供电冗余化，从而提升电力供应的效能与覆盖范围。引入逆变器并联技术，可大幅提升系统的总体可靠性。并行控制方式可按其运行时子组件间有无信号连接来划分，大致可分为两类：一种是无互联的信号线并联，另一种是有连接的信号线并联。运用无耦合信号的并联操控，虽然会对电流在电气网络中的分布造成一定影响，但同样确保了系统的备份性；而基于互联信号的线路控制，虽然可以在保证电流均匀分配的基础上，让连线变得更加复杂，但冗余不够。因此，在实际应用中，可以充分发挥两者的优点，将复杂的连线改为网络控制，使得逆变电源不仅能够有效控制电流分配，还能够保持冗余。目前在伺服控制系统中对于电气工程影响的研究方向是利用控制系统响应快及跟踪精度高的优势，补偿电气系统中数据包丢失和网络时延造成系统性能稳定性差的缺陷。

3.2 基于控制的逆变器并联系统通过网络和控制环路的协同，可以提升电气系统的运行性能，并通过调度及控制等功能模块，实现电能与信息的有序传输与调控。其中，逆变器是将直流电转变成交流电的一个重要设备。在柔性交流输电、交流电机变频调速及分布式智能站等关键技术领域，智能站点作为子站驱动元素之一，能够保存各类工况的控制数值并执行高难度计算。该站通过实现子系统的闭环控制，由主控制器向各闭环节点下达指令，同步存储信号的相关参数，如时间常数、存储增益、幅度限制等，并与指令数据协同进行实时修正[7]。但输入/输出模式不包含任何子节点，无法储存控制参数。为配备执行复杂计算程序的功能模块，实现对工作状况的简单计算与监测，采用多模光纤或单模发射信号实现闭环控制。尽管这两种方式对通信容量、运算容量等方面的需求不尽相同，但信号传输系统的稳定运行仍离不开计算机控制模式。

结束语

以计算机技术为核心的协调控制模式，能确保系统稳定且安全地运作。然而，为了避免由于计算机控制系统所产生的各种负面效应，需要考虑所能承载的计算机网络负荷，并综合分析服务容量、调度容量等多个因素，避免产生时序混乱、延迟、多数据包传输等不良后果。此类问题将严重影响电气系统控制成效，给相关设备的稳定运行带来干扰。因此，为保证系统达到性能指标，仍需在系统设计方面进行深入研究，逐步完善相关设计理论。鉴于提升电气设备监控效能的迫切需求，电气工程自动化领域将逐步向数字化与智能化方向发展。因此，应当以此为导向，将确保电气设备数据传输的可靠性视为数字化监控的核心目标之一，以此促进电网的稳健运行与持续发展。

参考文献

[1]张泽.电气设备操控用机械臂远程控制系统设计[D].石家庄铁道大学，2023.

[2]朱邦杰.菠萝自动削切设备电气控制系统研究[D].东华大学，2023.

[3]郭宇耀.点燃式 FPLG 电气系统建模及系统控制方法研究[D].北京理工大学，2016.

[4]王蓝田.滨海世贸财富中心电气工程进度控制研究[D].中国科学院大学（工程管理与信息技术学院），2014.

[5]江兵.线性和非线性网络控制系统及其电气工程应用研究[D].合肥工业大学,2011.