自动控制原理第二章.ppt

黄山学院信息工程学院 自动化专业 分析和设计任何一个控制系统，首要任务是建立系统的数学模型。 建立数学模型的方法分为解析法和实验法 系统的动态结构图由若干基本符号构成。构成动态结构图的基本符号有四种，即信号线、方框、综合点和引出点。 内反馈环节等效变换 解题方法一之步骤4 第三节控制系统的结构图和信号流图 内反馈环节等效变换结果 解题方法一之步骤5 第三节控制系统的结构图和信号流图 串联环节等效变换 解题方法一之步骤6 第三节控制系统的结构图和信号流图 串联环节等效变换结果 解题方法一之步骤7 第三节控制系统的结构图和信号流图 内反馈环节等效变换 解题方法一之步骤8 第三节控制系统的结构图和信号流图 内反馈环节等效变换结果 解题方法一之步骤9 第三节控制系统的结构图和信号流图 反馈环节等效变换 解题方法一之步骤10 第三节控制系统的结构图和信号流图 等效变换化简结果 解题方法一之步骤11 第三节控制系统的结构图和信号流图 将综合点③前移，然后与综合点②交换。 解题方法二 第三节控制系统的结构图和信号流图 引出点A后移 解题方法三 第三节控制系统的结构图和信号流图 引出点B前移 解题方法四 第三节控制系统的结构图和信号流图 例 求RC串联网络的传递函数。 1 R1 1 C1S 1 C2S _ _ _ R(S) C(S) 1 R2 RC串联网络动态结构图 解： 错！ C2S 1 R1 注意：综合点与引出点的位置不作交换！ R1 _ 1 R2C2S _ 1 R1C1S R1C2S 1 R1C1S+1 1 R2C2S+1 _ R(s) C(s) 系统传递函数： R(s) C(s) (R1C1S+1)(R2C2S+1)+R1C2S 1 = H(s)=R1C2S (R1C1S+1)(R1C1S+1) G(s)= 1 第三节控制系统的结构图和信号流图 结构图化简步骤小结 确定输入量与输出量。如果作用在系统上的输入量有多个，则必须分别对每个输入量逐个进行结构图化简，求得各自的传递函数。 若结构图中有交叉联系，应运用移动规则，首先将交叉消除，化为无交叉的多回路结构。 对多回路结构，可由里向外进行变换，直至变换为一个等效的方框，即得到所求的传递函数。 第三节控制系统的结构图和信号流图 结构图化简注意事项： 有效输入信号所对应的综合点尽量不要移动； 尽量避免综合点和引出点之间的移动。 第三节控制系统的结构图和信号流图 第三节控制系统的结构图和信号流图 三．信号流图的组成及性质 x1 x4 x3 x2 a b c 1 1、信号流图的基本概念 支路： 表示变量之间的传输关系。 节点： 表示系统中的变量。 信号流图是一种表示线性化代数方程组变量间关系的图示方法。信号流图由节点和支路组成 第三节控制系统的结构图和信号流图 2、信流图的性质 A、节点标志系统的变量； B、支路相当于乘法器； C、信号沿箭头单向传递； D、系统的信号流图不是惟一的。 第三节控制系统的结构图和信号流图 3、信流图的基本术语 源节点 只有输出的节点，代表系统的输入变量。 阱节点 只有输入的节点，代表系统的输出变量。 输出节点 输入节点 混合节点 既有输入又有输出的节点。若从混合节点引出 一条具有单位增益的支路，混合节点变为输出节点。 第三节控制系统的结构图和信号流图 前向通路 从输入节点到输出节点的通路上通过任何节点 不多于一次的通路。前向通路上各支路增益之 乘积，称前向通路总增益，一般用pk表示。 回路 起点与终点重合且通过任何节点不多于一次的 闭合通路。回路中所有支路增益之乘积称为回 路增益，用Lk表示。 不接触回路 相互间没有任何公共节点的回路 第三节控制系统的结构图和信号流图 第三节控制系统的结构图和信号流图 根据微分方程绘制信号流图 4、信流图的绘制 微分方程先拉氏变换，指定系统变量，按因果关系排列，连成信号流图。 例 试绘制RC无源网络的信号流图。设电容初始为 。 解 由基尔霍夫定律，列写微分方程式如下： i i1 + - ui uo + - R2 R1 c i2 第三节控制系统的结构图和信号流图 各微分方程式进行拉氏变换，则有 经整理后得: 第三节控制系统的结构图和信号流图 对变量 ， ， ， ， ， 及 分别设置七个节点；然后，用相应增益的支路将个节点连接起来，便得到RC无源网络的信号流图。 第三节控制系统的结构图和信号流图 由系统结构图绘制信号流图 结构图上信号线变成小圆圈表示变量，方框变成增益线段（即支路），连成信号流图。 例 试绘制系统结构图对应的信号流程。 第三节控制系统的结构图和信