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  • 伺服系统的组成

    2020-03-24 09:44:26
    伺服系统的组成 交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成,其结构组成如图1所示。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制...

    伺服系统的组成

    交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成,其结构组成如图1所示。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器,控制器按照控制系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差,调节控制量。

    图1伺服驱动器结构

    伺服构成要素图
    图为半闭环式控制和全闭环式控制的比较

    伺服控制器内部原理图
    首先功率驱动单元通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动交流伺电机

    系统控制结构图
    控制单元是整个交流伺服系统的核心,实现系统位置控制、速度控制、转矩和电流控制器。
    位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值,由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。
    转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小,可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。
    速度模式通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。

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    Γ(z)=0tz1etdt. \Gamma(z) = \int_0^\infty t^{z-1}e^{-t}dt\,.

    你可以找到更多关于的信息 LaTeX 数学表达式here.

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    • 关于 甘特图 语法,参考 这儿,

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    张三李四王五你好!李四, 最近怎么样?你最近怎么样,王五?我很好,谢谢!我很好,谢谢!李四想了很长时间,文字太长了不适合放在一行.打量着王五...很好... 王五, 你怎么样?张三李四王五

    这将产生一个流程图。:

    链接
    长方形
    圆角长方形
    菱形
    • 关于 Mermaid 语法,参考 这儿,

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    我们依旧会支持flowchart的流程图:

    Created with Raphaël 2.2.0开始我的操作确认?结束yesno
    • 关于 Flowchart流程图 语法,参考 这儿.

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    2. 注脚的解释 ↩︎

    展开全文
  • 一个伺服系统的构成包括被控对象、执行器和控制器。 执行器的功能在于主要停工被控对象的动力,主要包括伺服电动机和功率放大器,伺服电动机包括反馈装置如广电编码器、旋转编码器或光栅等。 控制器的功能在于提供...

    部分内容引自《变频器与步进/伺服驱动技术完全精通教程》——伺服系统及原理
    此外还参考了一些伺服品牌的使用手册。

    原名:伺服系统组成:伺服电机及伺服驱动器概述与控制原理(三环控制)

    ——

    伺服(Servo)意味着“伺候”和“服从”。

    伺服系统既可以是开环控制方式,也可以是闭环控制方式。本文按后者叙述

    1伺服系统简述

    伺服系统(servomechanism)指经由闭环控制方式达到对一个机械系统的位置、速度和加速度的控制。

    一个伺服系统的构成包括被控对象、执行器和控制器(负载、伺服电动机和功率放大器、控制器和反馈装置)。

    1. 执行器的功能在于提供被控对象的动力,其构成主要包括伺服电动机和功率放大器,伺服电动机包括反馈装置如光电编码器、旋转编码器或光栅等(位置传感器)。
    2. 控制器的功能在于提供整个伺服系统的闭环控制如转矩控制、速度控制、位置控制等,伺服驱动器通常包括控制器和功率放大器。
      反馈装置除了位置传感器,可能还需要电压、电流和速度传感器。

    下图为一般工业用伺服系统的组成框图,其中红色为伺服驱动器组成部分,黄色为伺服电机组成部分
    在这里插入图片描述

    “伺服”——词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当成一个得心应手的驯服工具,服从控制信号的要求而动作:在讯号来到之前,转子静止不动;讯号来到之后,转子立即转动;当讯号消失,转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能,因此而得名——伺服系统。

    关于运动控制

    运动控制(Motion Control,MC)起源于早期的伺服控制。简单地说,运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理,使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。

    2常用参数

    2.1伺服电机铭牌参数

    1. 法兰尺寸
    2. 电机极对数
    3. 电机额定输出功率
    4. 电源电压规格:单相/三相
    5. 电机惯量:分为大、中、小惯量,指的是转子本身的惯量,从响应角度来讲,电机的转子惯量应小为好;从负载角度来看,电机的转自惯量越大越好
    6. 电机出轴类型:键槽、扁平轴、光轴、减速机适配…
    7. 电机动力线定义:U: RED V:BLACK W: WHITE
    8. 额定转速
    9. 编码器线数:2500/1250/1000/17B/20B

    法兰是轴与轴之间相互连接的零件,用于管端之间的连接。

    2.2伺服驱动器铭牌参数

    1. 额定输出功率
    2. 电源电压规格
    3. 编码器线数

    2.3伺服系统的性能指标

    1. 检测误差:包括给定位置传感器和反馈位置传感器的误差,传感器本身固有,无法克服;
    2. 系统误差:系统类型决定了系统误差。
      只要p+q>0,对阶跃输入信号就有足够的跟踪能力;对于速度输入信号,I型系统跟踪能力大幅削弱,跟随误差与开环传递函数的比例系数成反比,II型仍具有优良跟踪能力;对于加速度输入信号,仅II型系统能勉强跟随。

    3伺服电机相关

    3.1伺服电机的选型

    1. 系统精度:需综合考虑转子转动惯量、电动机类型、转矩抖动等
    2. 电动机功率:负载方式及大小计算输出力矩
    3. 电动转速
    4. 选配刹车:刹车用来在电机停止时候锁定位置,不让电机由于外力作用发生运动;并非在运行时刹车。
    5. 过载能力

    常见国产品牌:安川、台达、研控、杰美康

    3.2伺服电机的反馈装置

    交流伺服电动机的运行需要角度位置传感器,以确定各个时刻转子磁极相对于定子绕组转过的角度,从而控制电动机的运行。
    光电编码器在交流伺服电动机控制中起了三个方面的作用:

    1. 提供电动机定、转子之间相互位置的数据
    2. 通过角编码器测速,提供速度反馈信号
    3. 提供传动系统角位移信号,作为位置反馈信号

    伺服系统常用的检测元件以光电编码器最为常见。
    在这里插入图片描述
    编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。
    根据检测原理,编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式,可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
    增量式:每转过单位的角度就发出一个脉冲信号
    绝对式:就是对应一圈,运动部件的每一运动位置都有一个对应的编码,常以多位二进制码来表示,通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量;即使断电之后再重新上电,也能读出当前位置的绝对编码数据(记忆功能)。
    注意:单圈绝对值编码器断电后电机移动超过半圈后会导致位置丢失;多圈绝对值编码器断电后电机移动超过2048圈后会导致位置丢失。

    编码器和电流环没有任何联系,它的采样来自于电机的转动。

    编码器线数:即增量式码盘刻线数,其值等于编码器一转所发出的脉冲数,例如2500线表示转一圈需要发送2500个脉冲。这说明伺服电机转一圈所需脉冲数是固定的,且与电机自带编码器参数相关。
    严格来讲,伺服电机一转所需上位机发送脉冲数与编码器线数和电子齿轮比有关。
    编码器位数:其概念来源于绝对式编码器,例如17位(17B)、20位(20B)等,其数值含义见下:
    在这里插入图片描述
    摘自台达PPT,千万注意160000p/r和2^17之间的区别,依据型号不同,一圈所需脉冲数可能为前者,也可能是后者。

    p/s or pps : pluse per second 秒脉冲
    p/r or ppr : pulse per revolution 每转所需脉冲数

    编码器的ABZ相:A相、B相、Z相旋转输出脉冲电压,三相脉冲各自独立,A相和B相脉冲量相等,但是A相和B相之间存在一个90°(电气角的一周期为360°)的电气角相位差,可以根据这个相位差来判断编码器旋转的方向是正转还是反转,正转时,A相超前B相90°先进行相位输出,反转时,B相超前A相90°先进行相位输出。Z相为一圈一个脉冲电压。
    编码器线制:是与编码器线数完全不同的概念,指编码器接线数,如下图为5线制编码器接线图:
    在这里插入图片描述

    倍频

    增量式编码器相关
    方波输出的有两种,单相编码器输出一相脉冲,正交编码器输出两相相位相差90度的脉冲(在0度、90度、180度、270度相位角,这四个位置有上升沿和下降沿)。
    编码器计数的时候可以只记上升沿(无倍频),单相脉冲记上升沿和下降沿(2倍频);正交脉冲记所有上升沿就是2倍频,记所有上升和下降沿就是4倍频(方波最多只能做到4倍频)。
    以正交编码器为例,4倍频的意义在于在1/4T方波周期就可以有方向变化的判断,这样1/4的T周期就是最小测量步距,通过电路对于这些上升沿与下降沿的判断,可以4倍于PPR读取位移的变化,这就是方波的四倍频。这种判断,也可以用逻辑来做,0代表低,1代表高,A/B两相在一个周期内变化是0 0,0 1,1 1,1 0 。这种判断不仅可以4倍频,还可以判断移动方向。
    在这里插入图片描述

    举例:如果电机装了一个2500线编码器,则在不倍频的情况下,电机每转一圈可输出2500个脉冲;如果经过4倍频电路处理,则可以得到一圈10000个脉冲的输出,电机一圈为360°,所以每个脉冲代表的位置为360°/10000,相比360°/2500, 分辨率提高4倍。
    在这里插入图片描述

    绝对式码盘在任意位置都可给出与位置相对应的数字转角输出量,不存在四倍频的问题。

    3.3名词解释

    电机刚性与惯量

    电机刚性(与柔性相对)就是电机轴抗外界力矩干扰的能力,与响应速度有关,刚性越高其响应速度也越高,但是过高容易让电机产生机械共振(抖动,可听到共振音);若系统刚性不足,在定位命令结束后,即使电机本身已经接近静止,机械传动端仍会出现持续摆动。
    在伺服应用中,用联轴器来连接电机和负载,就是刚性连接;而用同步带或者皮带来连接电机和负载,就是柔性连接

    响应时间
    电气系统的响应时间,即给定一个位置、速度、转矩指令,到电机运行至该位置、速度、转矩的时间。
    对响应速度和刚性关系的具体解释
    在位置模式下,用力让电机偏转,如果伺服系统的响应速度够快,当伺服系统刚刚检测到偏差就立即输出一个较大的反向力,则电机偏转角度较小,说明伺服系统刚性较强。

    电机惯量指的是转子本身的惯量(即转动惯量,只跟转动半径和物体质量有关),分为大、中、小惯量,从响应角度来讲,电机的转子惯量应小为好;从负载角度来看,电机的转子惯量越大越好。
    负载惯量由工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成,一般负载惯量超过电机转子惯量的10倍,可以认为惯量较大,负载惯量需为电机惯量的 100 倍以下。

    导轨和丝杠的转动惯量对伺服电机传动系统的刚性影响很大,固定增益下,负载的转动惯量越大,刚性越大,越易引起机械共振;为了使电机不抖动,需要做到惯量匹配,即设置合适的负载惯量比。一般是要调控制器增益改变系统响应,进而达到惯量匹配;也可以选用刚性较高的机台以避免机械共振(机台具有的容许响应频率)。

    如何理解伺服电机的刚性和惯量?
    浅谈刚性、惯量、响应时间及伺服增益调整之间的关系

    转动惯量与转矩的关系

    计算负载惯量的目的就是为计算加/减速转矩。
    任何旋转物体均有惯量存在,惯量大小直接反应旋转时加/减速所需转矩大小及时间长短。因此选用电机时必须计算出电机的负载惯量,才能据此选择所需电机的规格。如若选定的电机无法在希望的加速时间到达预定转速,必定是电机输出转矩不符合负载的需求,须加大电机的输出转矩。

    关于力矩、转矩和扭矩

    1. 力矩:力对刚体转动的影响,不仅与力的大小和方向有关,还与力相对于转矩的位置有关,为了描述力对刚体转动的作用,需要引入力对转轴的力矩这一新的物理量。
    2. 转矩:转矩即转动力矩,一般指旋转的物体所受到的力矩。
    3. 扭矩:任何元件在转矩的作用下,必定产生某种程度的扭转变形,因此习惯上又常把转动力矩叫扭转力矩,简称扭矩。

    脉冲当量

    脉冲当量是指控制器输出一个定位控制脉冲时,所产生的定位控制移动的位移。即单位脉冲的位移。线性运动是指距离,圆周运动是指角度。脉冲当量越小,定位控制的分辨率越高,加工精度也越高。所有的定位控制位移量以脉冲量为单位计算脉冲数。

    电子齿轮

    电子齿轮:简单地说就是用电气控制技术代替机械传动机构。一般来说,电机与驱动机构是直连的,机械结构固定后,传动比也就固定了;利用电子齿轮可以增加传动系统的柔性,提高传动精度。
    电子齿轮比电机编码器接收脉冲与上位机发送脉冲之比,可在驱动器或者控制器上设置。由此可知:
    在这里插入图片描述

    例:车床用 10mm 丝杠,电机转动一圈机械移动 10mm,每移动 0.001mm 就需要电机旋转 1/10000 圈(0.001/10),而如果连接 5mm 丝杠(即电机转动一圈机械移动 5mm),且直径编程的话,每 0.001 的位移量就需要 1/5000 转,这是可以用电子齿轮设置,就可以保持脉冲当量不变。

    详见:电子齿轮比计算方法

    4伺服驱动器控制原理

    运动伺服一般都是三环控制系统,从内到外依次是电流环、速度环和位置环。电流环反应速度最快,速度环的反应速度必须高于位置环,否则将会造成电机运转的震动或反映不良。伺服驱动器的设计可尽量确保电流环具备良好的反应性能,故用户只需调整位置环、速度环的增益即可。

    伺服的控制方式有3种,分别是位置控制、速度控制和转矩控制。

    1、转矩控制(电流环/单环 控制):转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。主要应用于需要严格控制转矩的场合,在转矩模式下驱动器的运算最小,动态响应最快。
    单环控制难以满足伺服系统的动态要求,一般不采用。

    2、速度控制(速度环、电流环/双环 控制):通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制。速度控制包含了速度环和电流环。任何模式都必须使用电流环,电流环是控制的跟本。
      
    3、位置控制(三环控制):伺服中最常用的控制。位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度(类似步进电机),也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值(外部模拟量的输入)。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。
    位置控制模式下系统进行了所有 3 个环的运算,此时的系统运算量最大,动态响应速度也最慢。

    转矩控制:是指伺服驱动器仅对电机的转矩进行控制
    速度控制:是指驱动器仅对电机的转速和转矩进行控制
    位置控制:是指驱动器对电机的转速、转角和转矩进行控制

    在这里插入图片描述
    APR——位置调节器; ASR——速度调节器; ACR——电流调节器

    http://www.elecfans.com/kongzhijishu/sifuyukongzhi/522696.html 伺服驱动器的工作原理及其控制方式

    三环就是3个闭环负反馈PID调节系统。

    第一环为电流环,最内环,此环完全在伺服驱动器内部进行,其PID常数已被设定,无需更改。电流环的输入是速度环PID调节后的输出,电流环的输出就是电机的每相的相电流。**电流环的功能为对输入值和电流环反馈值的差值进行PD/PID调节。**电流环的反馈来自于驱动器内部每相的霍尔元件。电流闭环控制可以抑制起、制动电流,加速电流的响应过程。

    第二环为速度环,中环。速度环的输入就是位置环PID调节后的输出以及位置设定的前馈值。**电流环的功能为对输入值和速度环反馈值的差值进行PI调节。**速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”的计算后得到的。

    第三环为位置环,最外环。位置环的输入就是外部的脉冲。**位置环的功能为对输入值和位置环反馈值的差值进行P调节。**位置环的反馈来自于编码器反馈的脉冲信号经过“偏差计数器”的计算后得到的。位置调节器APR其输出限幅值是电流的最大值,决定着电动机的最高转速。

    位置环、速度环的参数调节没有什么固定的数值,由很多因素决定。
    在这里插入图片描述

    多环控制系统调节器的设计方法是从内环到外环,逐个设计各环调节器,使每个控制环都是稳定的,从而保证整个控制系统的稳定性;每个环节都有自己的控制对象,分工明确,易于调整。这种设计的缺点在于对最外环控制作用的响应不会很快。

    https://blog.csdn.net/reasonyuanrobot/article/details/96497025?depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1&utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1 伺服电机三环(电流环、速度环、位置环)控制原理及参数调节

    https://www.sohu.com/a/159764872_463998 伺服电机三环控制系统调节方法浅谈

    2.3伺服系统的增益参数

    新修改
    动增益参数调整
    关于位置或速度响应频率的选择必须由机台的刚性及应用的场合来决定,一般而言,高频度定位的机台或要求精密加工的机台需要设定较高的响应频率,但设定较高的响应频率容易引发机台的共振,因此有高响应需求的场合需要刚性较高的机台以避免机械共振。在未知机台的容许响应频率时,可逐步加大增益设定以提高响应频率直到共振音产生时,再调低增益设定值。

    1. 位置控制增益(KPP)
      本参数决定位置回路的应答性,KPP 值设定越大位置回路响应频率越高,对于位置命
      令的追随性越佳,位置误差量越小,定位整定时间越短,但是过大的设定会造成机台
      产生抖动或定位会有过冲(Overshoot)的现象。

    2. 速度控制增益(KVP)
      本参数决定速度控制回路的应答性,KVP 设越大速度回路响应频率越高,对于速度命
      令的追随性越佳,但是过大的设定容易引发机械共振。
      速度回路的响应频率必须比位置回路的响应频率高 4~6 倍,当位置响应频率比速度响应频率高时,机台会产生抖动
      或定位会有过冲(Overshoot)的现象。

    3. 速度积分补偿(KVI)
      KVI 越大对固定偏差消除能力越佳,过大的设定容易引发机台的抖动。

    4. 共振抑制低通滤波器(NLP)
      负载惯性比越大,速度回路的响应频率会下降,必须加大 KVP 以维持速度的响应频率,
      在加大 KVP 的过程,可能产生机械共振音,请尝试利用本参数将噪音消除。越大的
      设定对高频噪音的改善越明显,但是过大的设定会导致速度回路不稳定及过冲的现象

    5. 外部干扰抵抗增益(DST)
      本参数用来增加对外力的抵抗能力,并降低加减速的过冲现象。

    6. 位置前馈增益(PFG)
      可降低位置误差量并缩短定位的整定时间,但过大的设定容易造成定位过冲的现象。

    原博文
    按照设备需求选择,选择好合适的控制模式后,需要对伺服增益参数进行合理的调整。使得伺服驱动器能快速、准确的驱动电机,最大限度发挥机械性能。伺服增益通过多个参数进行调整,它们之间会相互影响。

    1. 位置比例增益:设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调;
    2. 位置前馈增益:位置环的前馈增益大,控制系统的高速响应特性提高,但会使系统的位置不稳定,容易产生振荡;
    3. 速度比例增益:设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,速度滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调;
    4. 速度积分时间常数:设置值越小,积分速度越快。
    5. 速度反馈滤波因子:数值越大,截止频率越低,电机产生的噪音越小;数值越小,截止频率越高,速度反馈响应越快。
    6. 最大输出转矩设置

    5 伺服系统的设计

    根据伺服电动机的种类,伺服系统可分为直流和交流两大类。采用电流闭环控制后,二者具有相同的控制对象数学模型。因此可用相同的方法设计交流或直流伺服系统

    对于闭环伺服控制系统,常用串联校正或并联校正方式进行动态性能的调节。校正装置串联配置在前向通道的校正方式称为串联校正,一般把串联校正单元称作调节器,所以又称调节器校正;若校正装置与前向通道并行,称为并联校正

    调节器校正

    常用的调节器有PD调节器、PI调节器和PID调节器。设计中根据实际伺服系统的特征进行选择。

    6系统接线及面板设置

    伺服电机及其控制原理——3.4伺服控制器常用设置应用

    附录1 伺服电动机与其它电动机的辨析

    伺服电动机与普通电动机的区别

    1. 普通电动机(有刷)多运行于开环控制,伺服电动机运行于闭环控制。
    2. 伺服电动机动态性高
    3. 伺服电动机启动转矩大、调速范围宽
    4. 伺服电动机结构紧凑
    5. 伺服电动机定子散热方便

    伺服电动机与舵机的区别

    舵机相当于简化版的完整的伺服系统。
    伺服电机都是三环控制,即电流环、速度环、位置环;舵机只检测位置环(一般用电位器)。

    伺服电动机与步进电动机的区别

    1. 步进电机多运行于开环控制,伺服电动机运行于闭环控制。(使用步进电机的场合,要么不需要位置反馈,要么在其他设备上进行位置反馈)
    2. 伺服电机控制精度和定位高于步进电机
    3. 伺服电机低频特性好,过载能力大,响应时间短
    4. 伺服电机调速范围大于步进电动机
    5. 步进电机只能接受脉冲信号,二私服电动机可以接受模拟信号、脉冲信号和总线通信信号

    伺服电机和步进电机常被搞混,二者外形相似,区别点在于伺服电机尾部的反馈装置;此外步进电机一般都是一个引出线端,伺服电机由于带编码器所以有2个引线输出端(编码线和动力线)。
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    大家好,我是时间财富网智能客服时间君,上述问题将由我为大家进行解答。

    苹果手机里“系统触感反馈”是指可以让用户在进行触摸操作的时候有一定的震动反馈,用以提升系统操作体验。

    苹果手机是由美国苹果公司研发的智能手机系列,搭载其研发的iOS操作系统。2004年,苹果公司召集了1000多名内部员工组成研发iPhone团队,开始了被列为高度机密的项目,订名为“Project Purple”,当中包括iPhone的幕后设计师Jonathan Ive。当时苹果公司的首席执行官史蒂夫·乔布斯从原本的重点如iPad的平板电脑偏离至转向手机。苹果公司跟AT&T秘密合作创造了一些硬件和软件设备—当时的Cingular无线网络—AT&T并给予苹果公司投资及很大自由度,在30个月动用了约$1.5亿美元。作为交换条件,苹果公司保证在4年内,在美国出售的iPhone将交由AT&T独家发售。苹果以“Purple 2”为开发代号启动了iPhone手机的开发计划,当时正值任天堂的NDS开始风行全球,iPhone诸如多点触摸等为设计元素显然也受到了影响。

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  • 系统思考定义

    2018-01-31 15:28:00
    3.1 系统思考的定义 定义:系统思考(System...正反馈和负反馈的组成要素一般包括输入、控制、被控对象、输出、反馈、偏差、扰动和时间延迟等。输入和反馈是不同符号的系统是负反馈系统,输入和反馈是同符号的系统是...

    3.1 系统思考的定义

    定义:系统思考(System Thinking)是从系统的角度来分析各种因素的相互影响,系统思考包含负反馈和正反馈两种基本模型。

    正反馈和负反馈的组成要素一般包括输入、控制、被控对象、输出、反馈、偏差、扰动和时间延迟等。输入和反馈是不同符号的系统是负反馈系统,输入和反馈是同符号的系统是正反馈系统。

    负反馈系统通过目标与实际值之间的偏差来控制自己的输出,其中偏差=目标-反馈,当偏差为0时,即实际值和目标值相等时停止输出,它是一个趋于稳定的系统。绝大多数稳定的系统都是负反馈系统,比如空调和冰箱系统,它们都可以保持稳定的温度输出。还有火箭发射系统,管理学的丰田生产方式,精益生产,TOC制约理论等都是负反馈系统。经济学的马歇尔的价格均衡论也是负反馈系统。负反馈系统在我们身边随处可见(如图3-1所示)。


    3-1 完整的负反馈模型


    正反馈系统通过目标与实际值之间的和来控制自己的输出,导致系统的输出不断增加,正反馈是趋于增强的系统。正反馈是趋于加强的系统,比如原子弹的爆炸过程就是正反馈系统;股票市场的价格越高,购买量越多的现象也是正反馈系统,金融家索罗斯称其为反身理论;比尔盖茨打败其他操作系统的方法也是正反馈系统;巴菲特在投资上的滚雪球理论也是正反馈系统(如图3-2所示)。


    3-2 完整的正反馈模型

    在不引起歧义的情况下,为了方便,有时可以不画被控对象,扰动和时间延迟,这样可以得到简化的负反馈和正反馈模型(如图3-3和3-4所示)。


    3-3 简化的负反馈模型


    3-4 简化的正反馈模型

    控制有三个主要的性能指标,分别是:稳定性,快速性和准确性。稳定性是系统可以工作的首要条件,比如一台汽车不稳定,每次以相同力度踩油门,汽车的加速却时快时慢,转动方向盘时,汽车转向时大时小,那么这个汽车的稳定性就不好,很不容易控制,很容易发生车祸。在管理学上,质量的稳定性也是质量的重要衡量指标。对于经济来说,稳定性也是一个非常重要的指标,如果一点经济上的变化就导致经济大幅震动,那么这个经济的稳定性就不好。稳定性越好的系统,抗扰动的冲击能力越强。快速性也是控制的一个重要性能指标,指的是从暂态达到稳态所需要的时间,也可以认为是从现状达到目标的时间。比如相同环境的2个空调系统,都是在室温为30度的屋子内,A空调从30度制冷到20度用了20分钟,B空调从30度制冷到20度用了40分钟,A空调的快速性要优于B空调。汽车的百公里加速也是衡量汽车快速性的指标。准确性指控制的精度,比如导弹的射击精度是导弹系统的一个重要衡量指标。

    我们以稳定性,快速性和准确性来分析一下丰田生产方式。丰田的生产方式的创始人大野耐一说:“我们所做的,其实就是注意从接到顾客订单到向顾客收帐这期间的作业时间,由此剔除不能创造价值的浪费,以缩短作业时间。”所以快速性是生产型企业的主要目标,而丰田生产方式是实现快速生产的一种手段。丰田生产通过设备的快速换模,减少库存等方法来增加生产的快速性。如果生产不稳定就会发生各种生产波动,影响生产速度。各种扰动也会影响生产的速度。丰田生产方式通过合理的库存来应对扰动,从而使生产稳定进行。合理的库存通过看板反馈系统来完成,丰田生产方式就是一个负反馈系统。对于准确性,丰田只生产下游客户需要的东西,而不过量生产。比如下游工序需要1个左汽车后视镜和1个右汽车后视镜,那么上游工序就应该准确的生产这2个汽车后视镜,在数量和品种上都保证准确,即上游工序应该生产1个左后视镜和一个右后视镜而不是3个或者4个,是生产汽车左右后视镜而不是生产车内后视镜。

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