自动化，自动控制原理和电机拖动还有大学物理有很大联系吗？

如果只学了高数，说明是大一的学生。

大一所学的高数、电路分析和大学物理，是基础课中的基础课。尤其是大学物理，是我们电气各专业知识中不可或缺的最基础原理。

一.物理学与电气技术间的几个例子

自动控制技术中，不可避免地要与继电器、各种接触器和断路器打交道。这些开关电器一般作为自动控制的执行机构元器件（后向通道），也作为输入电参量（模拟量和数字量）的信息处理元器件（前向通道）。

我们来看几个例子：

第一：导体表面温度和系统的温度控制

导体的表面温度与发热热量Q1相关，其表达式为： $Q1=KfI2Rt$ Q_1=K_fI^2Rt ，这里的Kf是附加系数，它是集肤效应和邻近效应的体现，这里的R是导线或者电缆的直流电阻，而t则是通电时间。

导体温度升高消耗的热量Q2为： $Q2=Cm(θ-θ0)$ Q_2=Cm(\theta-\theta_0) ，这里的C是材料的比热容，m是质量，θ是导体的表面温度，θ0是导体之前的温度。

导体的散热与热对流、热传导和热辐射有关。导体的散热热量Q3为： $Q3=KtAτt$ Q_3=K_tA\tau t ，这里的Kt是综合散热系数，A是散热面积，τ是导体表面温度与环境温度之差也即温升，t是通电时间。

我们有： $Q1=Q2+Q3$ Q_1=Q_2+Q_3 ，据此我们可以推得导体的额定载流量、额定温升、短路时的最高温升。我们还可以推得电器的热时间常数T，求解微分方程后可以推得电器的长期工作制下温升曲线：

图1：电器的温升曲线

温升曲线，不管是家用电器也好，是工业电器设备和电机也好，是发电、输送电和配电网的线路也好，甚至我们使用的笔记本电脑在内，全都适用，可见其普适性。

我们看到，发热、散热和电器的稳定温升与大学物理的热学部分密切相关。

任何设备的设计工作，温度的影响是必须考虑的主要因数之一。温度变化是综合的，需要考虑到方方面面的影响，甚至日照和四季变化、包装的严密程度以及使用条件，都必须考虑在内。

在自动控制中，温度控制很常见。这里有前向通道的各种传感器，有模数转换装置以测得温度变化曲线和温度偏差。在这里有计算中心CPU，它利用程序求解微分方程对应的传递函数，并得到输出参量，再利用后向通道的执行接口驱动各种外控设备和温控设备，以达到控温的目的。

在这里，我们要学习模电和数电技术，学习电力电子技术，学习复变函数和传递函数，学习单片机技术，学习自动控制原理，学习各种受控设备例如电机、电炉和各种机械装置等等。

第二：电动力理论与控制的关系

在大学物理中，我们会学到毕奥萨法尔定律，并得到各种电动力的关系式。对于两根载流导体或者母线系统来说，电动力表达式为： $F=μ04πI22LdKc$ F=\frac{\mu_0}{4\pi}I^2\frac{2L}{d}K_c ，这里的L是导体长度，d是导线间距，而Kc是导体的截面系数，见下图：

图2：在我的书中有关截面系数Kc的说明

从上式中我们就可以看出它与大学物理之间的关系。

我们利用这个式子，可以得到常态运行条件下的导线间电动力，也可以得到短路电动力。

我们结合电接触理论，还可以得到开关电器触头之间的电动斥力表达式: $Fj=μ04πI2lnRr$ F_j=\frac{\mu_0}{4\pi}I^2\ln\frac{R}{r} ，这里的R是触头视在半径，r是实际接触点半径。

对于电磁铁的电磁吸力我们可以用麦克斯韦电磁吸力公式来表达： $F=ϕ22μ0A$ F=\frac{\phi^2}{2\mu_0A} ，这里的Φ是磁通，A是磁极面积。

对于电磁铁的磁路计算，这里有磁路的欧姆定律，有磁路的基尔霍夫第一定律和磁路的基尔霍夫第二定律，其中磁路的基尔霍夫第二定律表达式为： $IN=ϕδΛδ+Rm$ IN=\frac{\phi_\delta}{\Lambda_\delta}+R_m ，这里的IN叫做磁势，等号右边第一项是气隙磁压降，第二项是磁路的磁压降。

以上这些知识构成了自动控制系统中各种继电装置的基础，以及各种载流导线的电动力基础。这些知识，不管是我们学习自动控制也好，是职场工作也好，都必须熟练掌握。

这些公式与大学物理的联系是什么？请题主自己考虑。

第三：触头或者触点的吸合弹跳

当接触器的触头或者继电器的触点吸合时，动触头/动触点带着一定的动量。它触及静触头/触点瞬间，会发生弹跳现象。

我们看下图：

图3：我上课的课件之一（关于触头弹跳）

图4：我上课的课件之二（关于触头弹跳）

通过图3和图4我们看到，这不是典型的物理学动量分析吗？

事实上，我们在自动控制技术中，尤其是PLC的开关量输入程序中，必须用延时20毫秒的办法来消除触点闭合抖动现象。下图是我编写的PLC开关量输入程序，用在某地铁低压配电系统备自投操控中：

图5：PLC程序中的开关量输入程序

图5中的TON就是延迟程序，延迟时间是20毫秒。

PLC是自动控制中的必学内容，同时也是工控中的内容。在图5中我们看到了它与物理学动量之间的关系。

第四：关于电机与拖动

对于电机，它的本质其实就是次级可以转动且初、次级间带有气隙的变压器，而电磁关系以及各种电动力关系构成了电机自身的理论基础，而电机的拖动又与更多的知识体系相关联，这些知识也脱离不了大学物理学。

题主似乎读的是电机与拖动。我把我过去读过的电机与拖动中有关直流电动机基本方程式罗列如下：

图6：我的电机与拖动课本中的摘录

从图6所列直流电机的5个基本公式中，我们能看到它们与大学物理的联系。记得我当年读电机与拖动时，开始不觉得，后来发现与物理学的电磁部分联系的越来越多，我把普通物理（就是大学物理）的电磁学部分重读了一遍，再来学习电机与拖动课程，感觉会好很多。

第四：其它专业与大学物理的联系

我的工作几乎天天都与通信接口RS485和数据交换打交道。RS485用的是双绞线，它在9600bps下的传输距离是1200m，为何如此？原来这和导线的阻抗和阻尼特性有关，只要看了大学物理，立刻就能明白。

此外，我在大国企工作时，做过许多机械设计工作，为此我阅读了理论力学、机械零件设计和材料力学。看这几本书的名字就知道它们与大学物理中力学的关系，当然，会加深很多，且有很多专业知识和机械设计国家标准及规范。

说到自动控制，特别是DCS系统（分散式过程控制系统），由于测控对象的数据采集涉及到流量、压力、温度、位置和数量等参数，表面上看与模电有关，但其本质还是物理的。

我们在编写控制程序时，必须把受控对象的工艺过程弄明白，把控制原理弄明白，把控制的传递函数弄明白，这样才能写出对应的程序。别以为编写程序只需要知道计算机知识，以及数据库和编程软件的知识，若不知道受控对象的工作原理和工艺过程，是不可能编写出真正有用的操控程序的。

有的时候我也很奇怪：为何网上把程序员提得如此之高？如果他们不知道工艺过程，如何编写控制程序？在外企，读硬件和软件的人只能负责网络工作，与公司的主业完全没关系，倒是我们这些电气工程师们对电气设计非常熟悉，对PLC乃至于数据库编程和软件编程毫无问题，对各种电器设备和元器件有非常深入的理解，也有深刻的使用体会和经验。事实上，只有我们才真正能理解公司的核心技术，才是公司在技术方面的“主人”。至于工薪待遇，题主自己都能猜想出来。我的这种看法供题主参考。