大学想选择自动化专业,可以提前看什么书?
自动化是一个很大的类别,这里有很多技术。例如,许多社区门的自动人脸识别开门系统是自动化的应用之一。在自动化中,自动控制占很大比例。
主题显然是高中生。让我告诉高中生自动控制。
1.水位控制的例子
看下图:
图1:水池水位控制
图1是一个水池。我们希望出水量不会中断,并确保最低水压P,因此,我们必须在最高水位和最低水位之间保持水池中的水位。显然,我们可以使用水位测量装置,当水位低于最低水位时,启动水泵向水池注水,当水位超过最高水位时,让水泵停止。在此过程中,单位时间内的进水量必须大于出水量。
由于图1中的水位在最高水位和最低水位之间波动,我们称之为位置控制。
如果我们提高最低水位,接近最高水位,甚至两者结合,水位控制将在允许的偏差范围内连续控制。
通过图1,我们可以看到两种控制方法,即位控制和连续控制。
对于连续控制方式,水位H当然就是我们的控制目标。通过传感器收集水位,将收集到的实时水位减去控制线(最高水位)以获得水位偏差ΔH。根据偏差ΔH我们控制水泵电机的转速,以调节进水流量Q1:偏差ΔH进水流量越大,偏差越大;ΔH进水流量越小,进水流量越小。当偏差ΔH等于零,水泵停机。我们称之为比例控制。这样,我们就可以实现水池水位的连续控制。
然而,当水位发生突变时,光靠比例控制是不称职的。我们用微分表示这种突变量,即dH/dt。一旦发生突变,控制系统根据突变启动水泵增加流量,我们称之为微分控制。
当水位完全接近控制点时,偏差非常小,比例控制不再胜任。此时,我们用积分积累偏差。当偏差积累到一定程度时,我们调整泵流量以消除偏差。我们称这种控制为积分控制。
以上的比例、积分和微分控制方式用PID来表示。
看下图:
图2:PID控制曲线
在图2中,虚线是控制线。我们可以看到有两条虚线来表示控制偏差或控制精度。图2中的不同比例系数Kp给出了几条曲线,我们看到控制量的超调量越大。PID测控技术的具体参数非常讲究。
2.自动控制涉及哪些技术和课程?
在上述水位控制的例子中,我们应该能够感觉到自动控制与许多知识和技术有关。那么,对于一般的自动控制系统,它与什么知识有关呢?让我们列出以下分析:
一是供配电技术和电机控制技术,与电机学、电力变压器、供配电系统、开关电气技术有关。
二是传感器技术,它与模拟电子技术、数字电子技术、电参和非电参的采集技术有关。
三是单片机技术,PLC技术,如数据交换和计算机控制原理。
四是核心技术的自动控制原理。
五是机械设备的工作原理和工艺条件,如水泵机组、管道系统等,以及操作工艺要求等。
让我们相对深入地讨论一下。
(1)电路分析
电路分析是电气技术的基础课。
我们在中学读过直流电路和交流电路,但这只是最基本的概念,甚至没有进入电路分析的门槛。
在电路分析中,我们将阅读电压源、电流源和控制源。我们将阅读直流电路中电阻、电感和电容器的特性,以及解决直流电路的方法。对于交流电路,由于电压和电流、相位和频率的振幅变化,我们将学习一个特殊的参数称为相位。
请注意,相量不是矢量或向量。例如,力学中的扭矩是矢量,它是力、臂和夹角的正弦乘积,我们称之为矢量叉乘。电流相量和电压相量的叉乘是无功功率,它是标量。可以看出,相量不是向量或向量。
我们还将学习电路响应、电参量与频率的关系等。
学习电路分析需要一个基本的数学工具,即高等数学。
(2)模拟电子技术、数字电子技术和电力电子技术
这三门课是我们进一步学习电路设计的基础课。我们通过这三门课程的学习,知道了如何设计晶体管电路、运算放大器电路、各种基础数字集成芯片构成的电路,以及晶闸管整流和控制的原理。我们可以进一步学习使用面很广的变频器、软启动器的工作原理。
可以说,这三门课是当代工业控制仪器和调控装置的核心技术。
(3)单片机,PLC控制技术和数据交换技术
单片机广泛应用于工业控制,甚至我们家的洗衣机和冰箱都有单片机,可见单片机技术的重要性。
PLC它是一种特殊的单片机工业产品,具有很高的抗电磁骚扰能力。
电磁骚扰有两个方面,一是设备抵抗电磁干扰的能力,二是不会产生电磁信号干扰其他设备。
利用PLC,可实现程序控制,实现工业现场总线和工业以太线下数据交换,应用广泛。
利用PLC,我们可以将现场信息传输到计算机控制中心,从而实现计算机控制。
(4)自动控制原理
自动控制原理是自动化的核心理论。
从图1的水位控制来看,我们可以隐约感觉到控制量可以用一个或多个微分方程来表达,如何在自动控制技术中解决微分方程显然成为关键内容。
想想对数和反对数的关系。我们利用对数把乘除和乘方、开方变成加减法和乘除法,计算完了再反变换回来,就可以得到解答。在自动控制原理中,用复变函数中的积分将微分方程转换为复数域,将微分方程转换为代数方程。在自动控制技术中,该代数方程称为传递函数。按代数方程求解传递函数要容易得多,然后反转回实数域,继续求解得到最终答案。
在自动控制技术中,通常不求解往往不再改变,直接用传输函数进行。
前面讲过的PID计算机中执行电源监控的方程和软件都可以通过传输函数来解决。甚至,在PLC在内部模块中,有专门的模块PID传输函数解析模块和模块。
自动控制原理是将输入参数、反馈参数、调节控制和输出控制联系起来。
3.我们应该读什么书来了解高中生的自动化?
从前面的描述可以看出,高中生不可能学习自动化技术,但如果我们只了解自动化,应该是可以的。
我给题主介绍几本书吧。
第一本书:《一本书读无人驾驶》,杨宽等编辑,化工出版社出版。
大连理工大学出版社出版的什么是自动化》,由大连理工大学出版社出版。
第三本书:人工智能:使用:AI中国科技出版社技术创造智能未来
第四本书:《自动化学科概论》,第二版,戴先中,高等教育出版社
我手里只有这四本书,感觉很好,其中第二本和第三本值得推广。
至于大学的教材,建议题主免试。一是要高考,这些教材太深,不建议读。