《自动化技术中的进给电气运动》学习笔记

Posted 2020-08-31

阅读内容：第1.1节和第1.2节

知识要点：

第一章主要讲解的是关于调节与控制的相关知识。这些知识实际上我之前在《机械工程控制基础》这门课程中或多或少的学习或者了解过但未有深究。在没有学习控制理论之前，我难以理解控制工程中"系统"的概念，采用数学化和拉氏变换的处理方法使得系统中的各个物理量得以跨越时间的维度联系起来，将系统看成一个独立于外界变化的"黑箱"，将输入输出都看成是对这个系统的刺激或者说激励，系统便会产生一定的反应。对于一个确定的系统，输入、输出、系统特性的其中两个因素都能决定第三个，这在预测和调节中也起到了至关重要的作用。

1.1节中主要要点是关于几个控制和调节的名词解释和基本概念解析。

       1.工作原理框图

在控制工程中通常习惯采用工作原理框图来表征系统的运行过程，这是由实际系统数学化得到的微分方程组推导整合而来的。一个系统的函数关系可以借助于物理量的作用线和表示其作用方向的箭头规定出来。作用线、相加点与矩形功能框在一起得到系统的工作原理框图。

      2.调节回路信号

这部分主要按照信号的时间和幅值是否连续分为数字信号和模拟信号，二进制信号也算是数字信号的一种。通常采用电位器、自动同步机或者测速发电机作为模拟信号发生器。但是数字工作系统中由于处理能力和容量的限制，系统只能每隔一定的时间进行一次采样，造成信号失真。数字信号源于数字系统产生，在如今的计算机时代与数控系统中更有利于信号的处理，系统与系统之间避免较大的信息损失，但是如果需要提高精度的话就需要加大数字信号的位数。

      3.采样、线性化及定标

这部分主要是对信号进行采集和处理，有利用对信号进行分析和并且对系统进行控制。采样是对输入信号的采集和数字化，采样系统每隔一个周期就读取一个输入值并转换成数字量，对于数字信号的采集则要兼顾传输信号的比特率和接收信号的同步性，即使是周期相同我觉得也应该保证相位上也要相同，不然就需要一个输出锁存或者输入缓存来保证同步。线性化指的是用一条传递环节在工作点的切线来代替其连续且非线性的特性曲线，依据是传递环节的静态特性不是通过测量获取就是通过数学式推出，线性化是针对的输入量和输出量而言的。而定标和相对值即是对采集量的幅值统一和无量纲化，减少分析的参数和复杂程度。

1.2节主要要点是系统的传递特性和典型的基本传输环节。

      1.静态特性与动态特性

动态特性主要描述系统在过渡过程的变化情况，而静态特性主要用于系统在稳定状态下的特征。动态特性有时间域或复变量域两种描述手段，常用复变量域对系统动态特性进行分析。这种分析方法得以统看成由几个基本环节的组合而成，相比于时间域的分析虽然直观度下降但是分析的效率大大提高。

动态特性描述方法图

      2.基本传递环节

基本传递环节中介绍了比例环节、一阶延时环节、二阶延时环节、积分环节、微分环节、比例积分环节等等。各环节都有相应的实例。

电气比例环节：采用一个运算放大器实现，输入输出为输入电压和输出电压。

机械式1阶延时环节：由弹簧和阻尼并联而成，输入量为对系统的压力，输出量为位移。

机械式二阶延时比例环节：是机械一阶环节考虑运动部件的质量得到的新环节。

机械式积分环节：是在一个进给运动单元中将一个丝杠的转速变成一个滑板位移的过程。

电气微分环节：一个电容器的充电电流与所施加的电压的关系。

电气纯时滞状态或延迟环节：一个晶体管斩波器的工作过程，输入量为控制电压，输出量为输出电压。

比例积分环节：由比例环节和积分环节串联而成。

 

主要难点和疑点：

1. 所有的系统都适合用系统原理框图来表示吗？如果不是的话，那有没有其他更好的办法来分析那些很复杂或者难以用基本环节组合出的系统？
2. 有没有很好的办法处理和储存模拟信号，我觉得模拟信号理论上可以做到数字信号达不到的精度水平，这对于控制系统来说不是更加精确吗？
3. 书籍中"采样-保持环节引起一个平均为1/2采样时间的延时和一个平均为1/2分辨率的幅值偏差Δ"为什么恰好是1/2的时长和1/2的分辨率？
4. 机械系统在组成基本环节中似乎有一定的局限性，书中也没有介绍机械微分环节，那么有没有机械的微分环节呢？
5. 难点在于如何采用数学的角度来分析一个复杂的系统，删繁就简，从而提取出对调节和控制有很大影响的因素。了解了各个因素之间的影响之后才不会盲目的改变输入或者系统参数导致得不到理想的输出甚至是系统崩溃。