自动控制原理 控制系统的结构图.ppt

12-3 控制系统的结构图 22-3 控制系统的结构图及信号流图控制系统的结构图：描述系统各组成元件之间信号传递关系的数学图形.结构图＝原理图＋元件数学模型特点：直观2.3.1 控制系统结构图的组成反向通道函数误 差前向通道函数引出点输 入输 出比较点G(s)H(s)R(s)C(s)E(s)- 3（1）方框（环节）: 表示输入到输出单向传输间的函数关系。（2）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函数。系统结构图（方框图）的四要素：信号线方框 4+X1X1+X2X2+（3）比较点（汇合点、综合点） 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，可省略不写；“-”表示相减。注意：进行相加减的量，必须具有相同的量纲。X1X1X2+X2-X3X3- 5(4) 引出点（分支点、测量点） 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)(1sG)(2sGR(s)C(s)X(s)X(s)引出点示意图 62.3.2 绘制结构图的一般步骤1.根据系统中信号的传递过程，将系统划分为若干个元部件或环节。2.分别列写每个元部件的微分方程，在零初始条件下进行拉氏变换，得到每个元部件的传递函数，给出每个元部件的单元结构图。3.把系统的输入量置于最左端，输出量置于最右端,按照系统中信号的流向，把各元部件结构图中相同的信号连接起来，便得到系统的结构图。 7例：试推导并绘制如图所 示电路图的结构图解：（1）（2） 8（3）（4） 9（1）（2）（3）（4） 10一阶RC网络 解： 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： 练习画出RC电路的方框（结构）图。 11 将图（b）和(c)组合起来即得到图(d)，图(d)为该一阶RC网络的方框图。 122.3.3 系统结构图的等效变换和简化 为了由系统的方框图方便地写出它的闭环传递函数，通常需要对方框图进行等效变换。 方框图的等效变换必须遵守一个原则，即： 变换前后各变量之间的传递函数保持不变 在控制系统中，任何复杂系统的方框图都主要由串联、并联和反馈三种基本形式连接而成。 其他变化（比较点的移动、引出点的移动）以此三种基本形式的等效法则为基础。 13特点：前一环节的输出量就是后一环节的输入量 结论： 串联环节的等效传递函数等于所有传递函数的乘积n为相串联的环节数 （a）? （1）串联连接 R(s)C(s))(1sU)(1sG)(2sG 14结论： 并联环节的等效传递函数等于并联环节传递函数的代数和?n为相并联的环节数,当然还有“-”的情况 特点:输入信号是相同的,输出C(s)为各环节的输出之和.? （2）并联连接R(s)C(s))(2sG)(1sG)(2sC)(1sC（a） 15（3）反馈连接（闭环控制系统）? 推导(负反馈)： 右边移过来整理得 即： 16（4）比较点的移动（前移、后移） “前移”、“后移”的定义： 按信号流向定义，也即信号从“前面”流向“后面”，而不是位置上的前后。 比较点前移比较点后移?? 17?（5）引出点的移动（前移、后移）引出点前移?引出点后移 18（7）引出点之间互移（6）比较点之间互移（8）比较点和引出点之间不能互移X(s)Y(s)Z(s)C(s)X(s)Y(s)Z(s)C(s)abX(s)Y(s)Z(s)C(s)X(s)Y(s)Z(s)C(s)abX(s)Z(S)=C(s)Y(s)C(s)X(s)Y(s)C(s)X 19[解]：结构图等效变换如下：[例]系统结构图如下，求传递函数 -+相加点移动-+① 20-+②-+① 21[例]已知系统结构图，求传递函数 22例：系统动态结构图如下图所示，试求系统传递函数C(s)/R(s)本题特点：具有引出点、综合交叉点的多回路结构。解题思路：消除交叉连接，由内向外逐步化简。解题方法一 23 24 25解题方法二 26◎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。结构图化简步骤小结：◎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。 27基本概念及术语++H(s)+R(s)E(s)B(s)N(s))(1sG)(2sGC(s)反馈信号被控对象控制器C(s)反馈控制系统方块图(1)前向通路传递函数－－－假设N(s)=0 C(s)与误差E(s)之比,(打开反馈后,C(s)与R(s)之比) 28++H(s)+R(s)E(s)B(s)N(s))(1sG)(2sGC(s)反馈信号被控对象控制器C(s)(2)反馈回路传递函数－