典型环节传递函数及伯德图典型环节传递函数及伯德图.ppt

7. 二阶微分环节 二阶微分环节的幅频和相频特性分别与振荡环节的相应特性是关于横轴对称。 开环传递函数的物理意义 若将闭环反馈系统中的反馈环节输出端断开，则断开处的作用量与输入量的传递关系如图所示。但应注意不要和开环系统的传递函数相混淆。 几个基本概念和术语 前向通道传递函数： 反馈通道传递函数： 开环传递函数： 闭环传递函数： 误差传递函数： 输出对扰动的传递函数： 误差对扰动的传递函数： 典型环节及其传递函数 比例环节的特点：输出量与输入量之间的关系是一种固定的比例关系，也就是输出量能无失真、无滞后地按一定比例复现输入量。 比例环节的微分方程: 比例环节的传递函数: 比例环节的单位阶跃响应： 比例环阶的单位阶响应跃 1.比例环节（放大环节） 比例环节是自动控制系统中使用最多的一种，例如电子放大器、齿轮减速器、杠杆、弹簧、电阻、质量等，如图所示。 比例环节功能框图 1.比例环节（放大环节） 1.比例环节（放大环节） ２.积分环节 积分环节的特点：输出量与输入量的积分成正比例，即输出量取决于输入量对时间的积累过程。 积分环节的微分方程: 积分环节的传递函数: 积分环节的单位阶跃响应： 积分环节也是自动控制系统中最常见的环节之一，凡是输出量对输入量具有贮存和积累特点的元件一般都含有积分环节，例如机械运动中位移与转速、转速与转矩、速度与加速度、电容的电压与电流、水箱的水位与水流量等。下面介绍几个常见的积分环节。(１)电动机 电动机转速和转矩、角位移和转速都是积分关系。 当不考虑负载转矩时，电动机的转矩与转速的关系如下 对上式进行拉氏变换得 而电动机的角位移与转速关系如下 对上式进行拉氏变换可得 ２.积分环节 (２)电容电路 电容两端的电压和电流是积分关系。 电容的电量 对上式进行拉氏变换可得 (３)积分电路 输出电压和输入电压是积分关系。 由电子学知识可知 对上式进行拉氏变换得 式中，Ｔ 为积分时间常数，Ｔ＝ＲＣ。 ２.积分环节 ２.积分环节 ３. 理想微分环节 微分环节的特点：输出量与输入量的微分成正比例，即输出量与输入量无关而与输入量的变化率正比例。 微分环节的微分方程: 微分环节的传递函数 （１）齿条齿轮传动 齿轮的角速度与齿条的位移是微分关系。以齿条的直线位移为输 入，齿轮的角速度为输出时有 对上式进行拉氏变换可得 微分环节输入量与输出量的关系与积分环节恰恰相反，将积分环节的输入与输出相对换就是微分环节，例如速度与加速度、位移与速度等。下面通过两个实例来加以说明。 ３. 理想微分环节 （２）测速发电机 输出电压与转轴转角是微分关系。测速发电机的输出电压为 ，转轴角速度为 ， 对上式进行拉氏变换可得 ３. 理想微分环节 ３. 理想微分环节 惯性环节的特点：当输入量突变时，输出量不会突变，只能按指数规律逐渐变化，即具有惯性。 惯性环节的微分方程: 式中，T为惯性时间常数。 惯性环节的传递函数: 惯性环节的单位阶跃响应： ４.惯性环节 （一阶积分环节，是一个相位滞后环节） （１）电阻、电容电路 如图所示。由基尔霍夫定律有 将电容的电流 代入上式得 对上式进行拉氏变换，并整理得 自动控制系统中经常含有这种环节，这种环节含有一个储能元件（如储存磁场能的电感、储存电场能的电容、储存弹性势能的弹簧和储存动能的机械负载等）和一个耗能元件（如电阻、阻尼器等）。下面通过两个实例来加以说明。 ４.惯性环节 （一阶输出的微分环节，是一个相位滞后环节） （２）弹簧－阻尼系统 弹簧力与弹簧的形变成正比，即弹簧力 ，K 为弹簧的弹性系数。 阻尼器的阻力与相对速度成正比，即阻尼力 ，B为粘性阻尼系数。 由于两力相等，有 对上式进行拉氏变换，并整理得 弹簧－阻尼系统 ４.惯性环节 （是一个相位滞后环节） 渐近线 实际幅相曲线 转折频率 ４.惯性环节 （是相位滞后环节） 5 一阶微分环节 特点：此环节的输出量不仅与输入量本身有关，而且与输 入量的变化率有关。 方块图为: 运动方程： 传递函数： G( s ) =τs + 1 ) ( s R ) ( s C τs + 1 r(t) dt dr(t) τ c(t) + = 和惯性环节相比差一负号 5 一阶微分环节 6. 延迟环节 延迟环节的特点：输出量与输入量变化形式完全相同，但在时间上有一定的滞后。 延迟环节的微分方程: 延迟环节的传递函数: 对于延迟时间很小的