控制系统信号流图.ppt

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(一) 方框图基本单位 (1)方框(Block Diagram): 表示输入到输出单向传输的函数关系 (二)方框图的绘制 1 串联、并联和反馈 (1)串联方框的等效变换 5 变换技巧一:向同类移动 分支点向分支点移动,加项点向加项点移动。移动后再将它们合并,以减少结构图中分支点和加项点的数目。一般适用于前向通道。 6 变换技巧二:作用分解 同一个变量作用于两个加项点,或者是两个变量作用于同一个方框,可以把这种作用分解成两个单独的回路,用以化解回路之间的相互交连。一般适用于反馈通道。 二 信号流图的组成和绘制 对于复杂的控制系统,结构图的简化过程仍较复杂,且易出错。 例8:画出系统的信流图。 例14:求系统的传递函数 例14:求系统的传递函数 (5) N(s)=0时,偏差传递函数E(S)/R(S) 练习 由系统结构图绘制信号流图 图8 由结构图绘制信号流图的过程 式中: P ——源节点 c 和阱节点 r 间的总增益; c ——输出节点阱节点变量; r ——输入节点源节点变量; n ——前向通道总数; ——信号流图特征式; ——第K条前向通道总增益; 5 梅逊增益公式 (5) 式中: P ——源节点 c 和阱节点 r 间的总增益; c ——输出节点阱节点变量; r ——输入节点源节点变量; n ——前向通道总数; ——信号流图特征式; ——第K条前向通道总增益; 5 梅逊增益公式 (5) ----第K条前向通道上特征式的余因式。 注:所谓两个互不接触回环,是指两个回环没有公共节点。 即去掉与第K条前向通道相接触的回环后的△值, 或与第K条前向通道不接触部分的△值; ——所有不同回环增益之和; ——所有两个互不接触回环增益乘积之和; ——所有三个互不接触回环增益乘积之和; 例9 试用梅逊公式求系统的传递函数C(s)/R(s) . (图9) 解: 对应的信号流图如图10所示. 前向通路有一条: p1=G1G2G3G4 . 图10 与图9对应的信号流图 回路有三个: 没有不接触回路,且前向通路与所有回路都接触,故 例10 试用梅逊公式求图11所示系统的传递函数C(s)/R(s) . 图11 例 10 系统结构图和信号流图 (b) 前向通路有二条: p1=G1G2G3 , p2=G1G4 . 回路有五个: 没有不接触回路,且两条前向通路与所有回路都接触,故 解: 由信号流图可见 例11 试求图12系统信号流图的传递函数 X4/X1 及 X2/X1 . 图12 例 11 的信号流图 X1 X2 X3 X4 a b c -d e f -g 图中,有三个单独回路,即 有两个互不接触回路,即 因此,信号流图特征式为 解: 对于给定的系统信号流图(或结构图),梅逊公式中的特征式是确定不变的,只是对于不同的源节点和阱节点,其前向通路和余因式是不同的. 从 X1 到 X4 : 从 X1 到 X2 : 前向通路有两条: 且 故其传递函数为 前向通路有一条: 且 .故其传递函数为 例13 试求图14信号流图中的传递函数 C(s)/R(s) . 图14 例 13 的信号流图 例13 试求图14信号流图中的传递函数 C(s)/R(s) . 图14 例 13 的信号流图 解:前向通路共有三条,其增益为 单独回路有三个,即 没有不接触回路,且 ,则 由上式不难求出与其对应的微分方程式为 系统的传递函数为 a b c d e f g h i 原则:保持移动前后封闭域输入输出关系不变。 分支点前移 加项点后移 G ( s ) G ( s ) X 2 ( s ) X 1 ( s ) X 3 ( s ) + - G ( s ) X 1 ( s ) X 3 ( s ) X 2 ( s ) + - 移动的支路上乘以它所扫过方框内的传函。 G ( s ) X 1 ( s ) X 2 ( s ) G ( s ) G ( s ) X 2 ( s ) X 1 ( s ) 2 分支点和加项点的移动变换 分支点后移 加项点前移 移动的支路上乘以它所扫过方框内的传函的倒数。 G ( s ) X 1 ( s ) X 2 ( s ) G ( s ) X 2 ( s ) X 1 ( s ) G ( s ) + - + - 3 相邻分支点可互换位置、可合并 a b a b 4 相邻加项点可互换位置、可合并 a b a b 变换目的:是为了得到系统的传递函数。与传递函数的代数运算

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