绘制与分析详解.doc

2011届毕业设计(论文) 题 目： Nyquist图绘制与分析 专 ?业? 班? 级： 2007自动化03班 学 ?号: 0704020307 姓 ?名： 江坤 指 导 教 师： 陈杰教授 学 院 名 称： 电气信息学院 2011年 5 月 20 日 附件1：扉页 自动控制原理实验设计——Nyquist图绘制与分析 Design of Automatic Control Theory Experiment - Mapping and analysis of Nyquist 学 生 姓 名: 江坤 指 导 教 师: 陈杰教授 摘 要 第一章 绪论 从20世纪以来，特别是第二次世界大战以来，自动控制科学和技术迅速发展。自动控制极大地提高了社会的劳动生产率，极大地提高了产品和服务的质量，极大地推动了社会生活的进步。在军事上，自动控制极大地提高了武器的精确度和杀伤力。在工业和农业、交通运输、航天、核能、医疗、军事等方面，自动控制都是不可缺少的。下面举几个例子。 在往复式轧钢机中，在钢材往复地两次通过轧辊的短暂时间间隔里，一方面要使辊道停下，把钢材拨正，再使辊道反转，把钢材反向送入轧辊；另一方面又要使轧辊及时停转并反向，达到正确转速；同时还必须把上下两个轧辊之间的辊距按照工艺要求调到正确数值，方能迎接反向而来的钢材。自动控制技术保证所有这些动作互相配合，迅速完成。在人工操作时，由于很难配合得紧密，因而常造成钢材或轧辊的等待。采用自动控制后如果每一个轧程能少等待1秒钟，一台轧钢机一年就能多生产上万吨钢材。 工业加热炉的炉温应当按照生产工艺要求维持在一定的数值。但是炉的热负荷经常在变化(例如常常要打开炉门取出已加热的工件和送入冷的工件)，在这种条件下要靠自动控制技术准确控制炉温，保持炉温的误差很小。而靠人力调整则难以做到，从而会造成能源的浪费甚至影响产品质量。 在一个电网中，输电的功率主要是受限于输电的稳定性。发电厂因受稳定性限制而不能满负荷发电的情形，在我国和外国都是常见的。采用先进自动控制技术提高输电的稳定性，保证发电厂尽量多发电，具有极大的经济意义。 核能是当今世界上必威体育精装版和前途最广阔的能源。全球核电站的总装机容量已超过1×106MW。核反应堆的自动控制对于核电站安全运行的决定性意义是不言而喻的。 现代战争普遍使用威力强大的制导武器。超音速的防空导弹能自动进行复杂的数学计算，以极高的精确度自动跟踪正在按复杂轨道运行的敌方高速飞行器，迅速摧毁目标。 人们每年都把许多重量达到吨级的人造地球卫星准确送入位于数百千米乃至数万千米高空的预先计算好的轨道，并一直保持其姿态正确，也就是使它的太阳能电池帆板保持指向太阳，使它的无线电天线保持指向地球。这只有依靠先进的自动控制技术才能做到。 然而在国际形势日益复杂、科学技术日益进步的今天，人造地球卫星和宇宙飞船已经不能完全满足需要，近年来出现的“空天飞行器”要求既能在大气层外飞行，又能在返回大气层以后转为像飞机那样自主地高速航行，而不像人造卫星或宇宙飞船那样在返回大气层以后只能被动地降落地面。研制这种“空天飞行器”必须解决的技术难题之一就是智能自主控制技术。 总而言之，自动控制是现代世界应用最广泛和最不可缺少的一门科学技术。可以毫不夸张地说，没有自动控制，就没有现代化的社会生活。 控制理论的发展 自动控制的萌芽：自动化技术学科萌芽于18世纪，由于工业革命的发展,如何进一步降低人的劳动强度和提高设备的可靠性被提到了议程。 近几十年来，自动控制技术正在迅猛地发展，并在农工业生产、交通运输、国防建设和航天、航空事业等领域中获得广泛的应用。随着生产和科学技术的发展，自动控制技术至今已渗透到各种学科领域，成为促进当代生产发展和科学技术进步的重要因素。 所谓自动控制（原理），是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。或使它的某些物理量（称为被控量）按预定的要求产生变化。 发展历程： 经典控制理论时期（1940-1960） 主要解决单输入－单输出定常控制系统分析设计问题。主要采用传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。此阶段所研究的系统大多是线性定常系统，对非线性系统，分析时采用的相平面法一般也不超过两个变量，经典控制理论能够