自动控制原理-控制系统的方块图及其基本组成.ppt

第4讲 控制系统的方块图及其基本组成 在例2-3 中求得电枢控制直流电动机简化后的微分方程为 可视为负载扰动转矩根据线性系统的叠加原理，分别求 到 和 到 的传递函数。 ＝0 由传递函数定义 a 令 b 令 例2-7 电枢控制直流伺服电动机 两相伺服电动机 由两相定子线圈和一个高电阻值的转子组成。定子线圈的一相是激磁绕组，另一相是控制绕组，通常接在功率放大器的输出端，提供数值和极性可变的交流控制电压。 两相伺服电动机的转矩-速度特性曲线有负的斜率，且呈非线性。图2-13（b）是在不同控制电压时，实验测取的一组机械特性曲线。考虑到在控制系统中，伺服电动机一般工作在零转速附近，作为线性化的一种方法，通常把低速部分的线性段延伸到高速范围，用低速直线近似代替非线性特性。此外，也可用小偏差线性化方法。 一般，两厢伺服电动机机械特性的线性化方程可表示为 (2-3-1) (2-3-2) 其中 可用额定电压 时的堵转转矩确定，即 如不考虑负载转矩，则电动机输出转矩用来驱动负载并克服粘性摩擦，故得 转矩平衡方程为 取拉氏变换 将(2-4-2)代入(2-4-1)后代入(2-4-3)得 与直流电动机得传递函数在形式上完全相同。 电枢控制式直流电动机-常应用在输出功率比较大的控制系统中，其效率比两相交流电动机的效率要高得多。 两相伺服电动机-常应用在仪表随动系统中，功率范围在零点几瓦至100瓦。 信号线：带有箭头的直线，箭头表示信号的流向，在直线旁标记信号的时间函数或象函数。 （2）比较点（合成点、综合点）Summing Point 两个或两个以上的输入信号进行加减比较的元件。 “+”表示相加，“-”表示相减。“+”号可省略不写。 2.4 控制系统的方块图、信号流图与梅逊公式 控制系统的方块图是系统各元件特性、系统结构和信号流向的图解表示法。 方块图元素（1）方块（Block Diagram）:表示输入到输出单向传输间 的函数关系。 注意：进行相加减的量，必须具有相同的量刚。 (3)分支点（引出点、测量点）Branch Point 表示信号测量或引出的位置 注意：同一位置引出的信号 大小和性质完全一样。 几个基本概念及术语 (1)前向通路传递函数--假设N(s)=0 打开反馈后，输出C(s)与R(s)之比。等价于C(s)与误差E(s)之比 (2)反馈回路传递函数 假设N(s)=0 主反馈信号B(s)与输出信号C(s)之比。 (3)开环传递函数 Open-loop Transfer Function 假设N(s)=0 主反馈信号B(s)与误差信号E(s)之比。 (4)闭环传递函数 Closed-loop Transfer Function 假设N(s)=0 输出信号C(s)与输入信号R(s)之比。 推导：因为 右边移过来整理得 即 ** (5)误差传递函数 假设N(s)=0 误差信号E(s)与输入信号R(s)之比 。 代入上式，消去G(s)即得： 将 图2-18 输出对扰动的结构图 利用公式**，直接可得： (6)输出对扰动的传递函数 假设R(s)=0 ** （7）误差对扰动的传递函数 假设R(s)=0 图2-19 误差对扰动的结构图 利用公式**，直接可得： ** 线性系统满足叠加原理，当控制输入R(s)与扰动N(s)同时作用于系统时，系统的输出及误差可表示为： 方块图的绘制 （1）考虑负载效应分别列写系统各元部件的微分方程或传递函数，并将它们用方框（块）表示。 （2）根据各元部件的信号流向，用信号线依次将各方块连接起来，便可得到系统的方块图。 系统方块图-也是系统数学模型的一种。 注意：由于N(s)极性的随机性，因而在求E(s)时，不能认为利用N(s)产生的误差可抵消R(s)产生的误差。 图2-20一阶RC网络 解：由图2-20，利用基尔霍夫电压定律及电容元件特性可得： 对其进行拉氏变换得： 例2-8 画出下列RC电路的方块图。 将图（b）和(c)组合起来即得到图(d)，图(d)为该一阶RC网络的方块图。 *