第二章 系统的数学模型第章 系统的数学模型第二章 系统的数学模型第二章 系统的数学模型.ppt

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方法一:将相加点2后移,然后与相加点3交换; + - G1 - + Xi G2 Xo G3 H2 H1 ① ③ ② A B C - + + - G1 - + Xi G2 Xo G3 H2 ? ① ③ ② A B C - + + - G1 - + Xi G2 Xo G3 H2 H1G1 ① ③ ② A B C - + Step1: 内反馈环节等效变换. + - G1 - + Xi G2 Xo G3 H2 H1G1 ① ③ ② A B C - + - G1 + Xi Xo G3 H2 ① ③ - + Step2: 串联环节等效变换. - G1 + Xi Xo H2 ① ③ - + Step3:内反馈环节等效变换. G1 Xi Xo - + Xi Xo Step4: 串联环节等效变换. Step5: 反馈环节等效变换. Xi Xo - + 方法二:将相加点3前移,然后与相加点2交换; + - G1 - + Xi G2 Xo G3 H2 H1 ① ③ ② A B C 方法三:分支点A后移; + - G1 - + Xi G2 Xo G3 H2 H1 ① ③ ② A B C 方法四:分支点B前移; - + - + 方框图化简步骤小结: 确定输入量和输出量; 若结构图中有交叉连接,应运用等效变换规则,首 先将交叉连接消除,化为无交叉的多回路结构; 对多回路结构,可由内向外进行变换,直至变换 为一个等效的方框,即得到所求的传递函数。 ※ 注意事项: 有效输入信号所对应的相加点尽量不要移动; 避免相加点和分至点之间的移动。 §2.5 信号流图与梅逊公式 信号流图是另一种表示复杂系统中变量之间关系的图解方法。 2.5.1 信号流图中的术语 (1)节点 表示变量或信号的点称为节点,用“○”表示, 在“○”旁边注上信号的代号。 (2)源点 只有输出的节点称为源点或称为输入节点。它一般表示系统的输入变量。 (3)汇点 只有输入的节点称为汇点或称为输出节点。它一般表示系统的输出变量。 (4)混合节点 既有输入又有输出的节点称为混合节点。 (5)支路 定向线段称为支路,其上的箭头表明信号的流向,各支路上还标明了增益,即支路的传递函数。 (6)通路 从某一节点开始,沿支路箭头方向经过各相连支路到另一节点(或同一节点)构成的路径,称为通路。通路中各支路传输的乘积称为通路传输(通路增益)。 (7)前向通路 是指从源点开始并终止于汇点且与其他节点相交不多于一次的通路,该通路的各传输乘积称为前向通路增益。 2.3.2 关于传递函数的几个术语 令N(S)=0的根称为传递函数的零点,用“○”表示; 令D(S)=0的根称为传递函数的极点,用“×”表示。 系统传递函数的分母多项式称为特征多项式, D(S)=0称为特征方程,极点称为特征根。 根据多项式定理,传递函数的一般形式也可写成: 2.3.3 典型环节及其传递函数 具有某种确定信息传递关系的元件、元件组或元件的 一部分称为一个环节 ,经常遇到的环节称为典型环节; 任何复杂系统总可看做由一些典型环节组成,从而给 建立数学模型、研究系统特性带来方便,使问题简化。 控制系统中常用的典型环节有: 比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节和延迟环节等。 t t1 xo(t) 0 xi(t) K Xo(s) Xi(s) z1 no z2 ni 1、比例环节: ( ) ( ) ( ) K s X s X s G i o = = T ( ) ( ) t x K t x i o = ( ) t u i ( ) t u o 2 R 1 R 例1: 输出量以一定的比例复现输入量,不失真不滞后的环节。 2、惯性环节: Xi(s) Xo(s) 输出量与输入量之间能用一阶线性微分方程描述的环节。 R u i C i uo 例2:如图所示电路。 当输入为阶跃函数时: t xo(t) 0 xi(t) 3、积分环节: Xo(s) Xi(s) 当输入为阶跃函数时: 输出量与输入量的积分成比例的环节。 t xo(t) 0 xi(t) uo R + + - C R ic i1 ui 例3:图示放大器积分电路, 4、微分环节: 例4:图示放大器微分电路。 τs Xi(s) Xo(s) 第一小节 输出量与输入量的微分成比例的环节。 R u i C i uo 5、一阶微分环节: TDs+1 Xi(s) Xo(s) 6、二阶微分环节: Xi(s) Xo(s) 7、振荡环节: t ξ=0.2 ξ=0.5 ξ=1 0 1 Xi(s) Xo(s) 例5:如图所示电路。 8、延迟环节: t xo(t) 0 xi(t)

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