自动控制原理控制系统的结构图.ppt

1,2-3 控制系统的结构图,2,2-3 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,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,（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。,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,引出点示意图,6,2.3.2 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。,12,2.3.3 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,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,（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,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,19,解：结构图等效变换如下：,例系统结构图如下，求传递函数,20,21,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,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,(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,29,(3)开环传递函数 Open-loop Transfer Function 假设N(s)=0 反馈信号B(s)与误差信号E(s)之比,30,(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。,31,(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,32,输出对扰动的结构图,利用公式（1），直接可得：,(6)输出对扰动的传递函数 假设R(s)=0,（1）,33,（7）误差对扰动的传递函数 假设R(s)=0,误差对扰动的结构图,利用公式（1），直接可得：,（1）,