利用对数幅频特性确定航天飞行温度控制的剪切频率wc

在自动控制原理的教学中，一个重要概念是渐近对数幅频特性中的剪切频率（wc），它指的是对数幅频特性曲线过零分贝点的角频率。这个频率标志着系统响应开始急剧下降的转折点，也被称为截止频率或增益交界频率。根据描述中的图表（图5-16），剪切频率wc的范围在2到10 rad/s之间，这意味着系统的频率响应在这一范围内显著减弱。 为了求解wc，给出的近似方程是基于对数关系的，具体表达为： \[ A(wc) = \frac{1}{\sqrt{wc} \cdot \log_{10}(wc)} = 1 \] 其中 \( A(wc) \) 表示在wc处的幅值衰减，通过解这个方程可以得到wc的具体数值。在这个例子中，wc大约等于4.47 rad/s，这是一个关键的控制参数，因为它是设计和分析控制系统性能时必须考虑的重要指标。 接下来，教学内容探讨了几个实际问题的应用，包括： 1. 蒸汽机的历史和控制：虽然詹姆斯·瓦特改进了蒸汽机的速度控制，但他的贡献并非原始发明，而是改良了离心控制器。这个问题展示了控制理论在工业历史上的应用。 2. 航天飞行的温度控制系统：例如，神舟6号飞船的温度控制是一个典型的例子，涉及温度传感器、控制器、空调器和实际与目标温度的匹配。航天器的控制系统需要处理各种干扰因素，如环境温度和太阳辐射，确保船舱内的舒适性和任务执行。 3. 电力系统的控制：教学内容涵盖了电力生产（如煤炭和核能发电）和传输过程中的控制问题，包括发电机、变压器、电网调控等环节，强调电力系统的稳定性和效率。 4. 实际应用中的锅炉子系统和工业锅炉监控：火力发电厂中的锅炉控制涉及精确的温度、压力和流量监测，以确保高效、安全的运行。 这个章节的核心知识点围绕着利用渐近对数幅频特性来分析和设计自动控制系统，尤其是在航空航天、能源生产和工业设备管理等领域的具体应用。通过这些实例，学生能够理解理论知识如何转化为实际操作中的控制策略。