大学想要选择学习自动化专业，可以看什么书去提前了解？

自动化是一个很大的范畴，这里有很多技术。例如许多小区大门的自动人脸识别开门系统，就是自动化的应用之一。在自动化里，自动控制占了很大的比重。

题主显然是高中生，我来给高中生讲讲自动控制吧。

1.水位控制的例子

我们看下图：

图1：水池水位控制

图1是一个水池。我们期望出水水量不会中断，并且要确保出水最低水压P，所以我们必须维持水池中的水位在最高水位与最低水位之间。显然，我们可以利用水位测量装置，使得当水位低于最低水位时就起动水泵向水池注水，当水位超过最高水位时就让水泵停机。在这个过程中，单位时间内的进水水量必须大于出水水量。

由于图1中的水位是在最高水位与最低水位之间波动，我们把这种控制叫做位式控制。

如果我们把最低水位抬高并接近最高水位，甚至两者合并，则此时的水位控制就在它允许的偏差范围内实现连续控制。

通过图1，我们看到了两种控制方式，即位式控制和连续控制。

对于连续控制方式，水位H当然就是我们的控制目标。水位通过传感器采集，我们把采集到的实时水位位置减去控制线（最高水位）得到水位偏差ΔH。根据偏差ΔH的大小，我们去控制水泵电机的转速，从而调节进水的流量Q1：偏差ΔH越大，进水流量就越大；偏差ΔH越小，进水流量就越小。当偏差ΔH等于零时，水泵停机。我们把这种控制方式叫做比例控制方式。如此一来，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，光靠比例控制无法胜任。我们把这种突变量用微分表示，即dH/dt。一旦发生突变，控制系统根据突变量起动水泵加大流量，我们把这种控制叫做微分控制方式。

当水位充分接近控制点时，偏差很小，比例控制已经不能胜任。此时我们把偏差用积分积累起来，当偏差积累到一定程度后我们调节水泵流量以消除偏差。我们把这种控制叫做积分控制方式。

以上的比例、积分和微分控制方式用PID来表示。

我们看下图：

图2：PID控制曲线

图2中，虚线就是控制线。我们看到虚线有两条，它用于表征控制的偏差，或者说控制精度。图2中对不同的比例系数Kp给出了几种曲线，我们看到比例越大控制量的超调量也越大。可见，PID测控技术的具体参数是很有讲究的。

2.自动控制涉及到哪些技术和课程？

上述水位控制的例子中，我们应当能感受到自动控制与许多知识和技术有关。那么对于一般性的自动控制系统，它与哪些知识相关联？以下我们来罗列分析：

第一是供配电技术和电动机控制技术，它与电机学、电力变压器、供配电系统、开关电器技术都有关。

第二是传感器技术，它与模拟电子技术、数字电子技术，以及电参量和非电参量的采集技术等都有关。

第三个是单片机技术、PLC技术以及数据交换和计算机控制原理等技术。

第四个是自动控制原理，这是核心技术。

第五个是机械设备的工作原理和工艺条件，例如水泵机组、管路系统等等，以及操作工艺要求等等。

以下我们来相对深入地探讨一番。

（1）电路分析

电路分析是电气技术的基础课。

我们在中学里读过直流电路和交流电路，但那只是最基础的概念，连电路分析的门槛都还没进。

我们在电路分析里，会读到电压源和电流源，还有受控源。会读到电阻、电感和电容在直流电路中的特性，以及求解直流电路的方法。对于交流电路，由于电压和电流既有幅值变化，也有相位和频率变化，为此我们会学到一种特殊的参量叫做相量。

注意到相量不是矢量或者向量。例如力学里的力矩是矢量，它是力、力臂以及夹角的正弦之乘积，我们把它叫做矢量的叉乘。电流相量与电压相量的叉乘是无功功率，它是标量。可见相量不是向量或者矢量。

我们还会学到电路的响应，以及电参量与频率的关系等等。

学习电路分析，需要有一个基本数学工具，就是高等数学。

（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。

可以这么说，这三门课是当代工业控制仪器仪表及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

单片机在工业控制中得到广泛应用，连我们家里的洗衣机和电冰箱里都有单片机，可见单片机技术的重要性。

PLC是一种特殊的单片机工业产品，具有极高的抗电磁骚扰的能力。

电磁骚扰，它有两方面的内容，其一是该设备抵御电磁干扰的能力，其二是自身不会产生电磁信号去干扰别的设备。

利用PLC，可以实现程序控制，实现工业现场总线及工业以太网下的数据交换，用途极其广泛。

利用PLC，我们可以把现场信息传递到计算机控制中心去，这样就能实现计算机控制了。

（4）自动控制原理

自动控制原理是自动化的最核心理论。

从图1的水位控制，我们能隐隐约约地感觉到，受控量是可以用一个或者多个微分方程来表达的，自动控制技术中如何求解微分方程显然成为一个重点内容。

我们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。在自动控制原理里，把微分方程用复变函数中的积分变换换到复数域中，微分方程就变成了代数方程。这种代数方程在自动控制技术里叫做传递函数。我们对传递函数按代数方程的办法求解，容易非常多，之后再反变换回到实数域，继续求解得到最后解答。

在自动控制技术里，往往不再变换回去，直接用传递函数执行分析和求解。

前面讲过的PID方程，以及计算机中执行电力监控的软件，它们都可利用传递函数来求解。甚至，在PLC的内部模块中，还有专门的PID模块以及传递函数解析模块。

自动控制原理就是这样把输入参量、反馈参量、调节控制和输出操控联系到一起的。

3.对于高中生，我们要看什么书来了解自动化？

我们从前面的描述中可以看出，以高中生的水平来学习自动化技术是不可能的，但我们如果仅仅只了解自动化，应当是可以的。

我给题主介绍几本书吧。

第一本书：《一本书读懂无人驾驶》，杨宽等编著，化学工业出版社出版。

第二本书：《什么是自动化》，王宏伟编著，大连理工大学出版社出版。

第三本书：《人工智能:用AI技术打造智能化未来》，中国科学技术出版社

第四本书：《自动化学科概论》，第二版，戴先中著，高等教育出版社

我手上只有这四本书，感觉不错，其中第二本和第三本值得主推。

至于大学的教材，建议题主还是免了吧。一者我们自己还要高考，二者这些教材太深，不建议去读教材。

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