《3第三节结构图及等效变换》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3第三节结构图及等效变换（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Wednesday, October 17, 2018,1,第三节 结构图及其等效变换,Wednesday, October 17, 2018,2,结构图的基本概念,我们可以用方块图表示系统的组成和信号流向。在引入传递函数后，可以把环节的传递函数标在方块图的方块里，并把输入量和输出量用拉氏变换表示。这时Y(s)=G(s)X(s)的关系可以在结构图中体现出来。,定义：表示变量之间数学关系的方块图称为动态结构图或结构图。,一、结构图的基本概念：,若已知系统的组成和各部分的传递函数，则可以画出各个部分的结构图并连成整个系统的结构图。,Wednesday, October 17, 2018,3,一、结
2、构图的组成和建立：,1 组成 1）函数方块 2）信号线 3）分支点（引出点） 4）综合点（比较点或相加点）,Wednesday, October 17, 2018,4,结构图的基本概念,例2-10求例2-5所示的速度控制统的结构图。各部分传递函数见例2-6.,Wednesday, October 17, 2018,5,将上面几部分按照逻辑连接起来，形成下页所示的完整结构图。,反馈环节：,Wednesday, October 17, 2018,6,在结构图中，不仅能反映系统的组成和信号流向，还能表示信号传递过程中的数学关系。系统结构图也是系统的数学模型，是复域的数学模型。,结构图的基本概念,We
3、dnesday, October 17, 2018,7,结构图的等效变换,定义：在结构图上进行数学方程的代数运算。,三、结构图的等效变换：,类型：环节的合并；-串联-并联-反馈连接信号分支点或相加点的移动。,原则：变换前后环节的数学关系保持不变。,Wednesday, October 17, 2018,8,环节的合并,环节的串联：,（一）环节的合并：有串联、并联和反馈三种形式。,Wednesday, October 17, 2018,9,如果上述三种连接交叉在一起而无法化简，则要考虑移动某些信号的相加点和分支点。,信号相加点的移动：把相加点从环节的输入端移到输出端,信号相加点的移动,（二）信号
4、相加点和分支点的移动和互换：,Wednesday, October 17, 2018,10,信号相加点的移动和互换,把相加点从环节的输出端移到输入端：,Wednesday, October 17, 2018,11,信号分支点的移动：分支点从环节的输入端移到输出端,信号分支点的移动和互换,Wednesday, October 17, 2018,12,信号相加点和分支点的移动和互换,分支点从环节的输出端移到输入端：,注意：相临的信号相加点位置可以互换；见下例,Wednesday, October 17, 2018,13,信号相加点和分支点的移动和互换,同一信号的分支点位置可以互换：见下例,相加点和
5、分支点在一般情况下，不能互换。,所以，一般情况下，相加点向相加点移动，分支点向分支点移动。,Wednesday, October 17, 2018,14,结构图的化简, 应注意以下两点: 化简的关键是解除环路与环路的交叉,或形成大环套小环的形式. 解除交叉连接的有效方法是移动相加点或分支点.,Wednesday, October 17, 2018,15,结构图等效变换例子|例2-11,解：不能把左图简单地看成两个RC电路的串联,有负载效应。根据电路定理，有以下式子：,例2-11利用结构图等效变换讨论两级RC串联电路的传递函数。,Wednesday, October 17, 2018,16,结构
6、图等效变换例子|例2-11,总的结构图如下：,为了求出总的传递函数，需要进行适当的等效变换。一个可能的变换过程如下：,Wednesday, October 17, 2018,17,结构图等效变换例子|例2-11,Wednesday, October 17, 2018,18,结构图等效变换例子|例2-12,解：结构图等效变换如下：,例2-11系统结构图如下，求传递函数 。,Wednesday, October 17, 2018,19,结构图等效变换例子|例2-12,Wednesday, October 17, 2018,20,例2-12,-,+,分支点移动,-,+,-,+,-,Wednesday
7、, October 17, 2018,21,规律 1）闭环系统传递函数是一个有力分式； 2）其分子为前向通道中各串联环节的传递函数之积； 3）分母为,Wednesday, October 17, 2018,22,第四节 自动控制系统 的传递函数,Wednesday, October 17, 2018,23,闭环系统的传递函数,闭环控制系统（也称反馈控制系统）的典型结构图如下图所示：,图中， ， 为输入、输出信号， 为系统的偏差， 为系统的扰动量，这是不希望的输入量。,由于传递函数只能处理单输入、单输出系统，因此，我们分别求 对 和 对 的传递函数，然后叠加得出总的输出量 。,Wednesday
8、, October 17, 2018,24,一、系统的开环传递函数：,将反馈的输出端断开，则前向通道传递函数与反馈通道的传递函数的乘积成为系统的开环传递函数。 注意: 不是原来开环系统的传递函数,Wednesday, October 17, 2018,25,给定输入作用下的闭环系统的传递函数,（一）给定输入作用下的闭环传递函数： 令 ，则有：,上式中， 称为前向通道传递函数，前向通道指从输入端到输出端沿信号传送方向的通道。前向通道和反馈通道的乘积称为开环传递函数 。含义是主反馈通道断开时从输入信号到反馈信号 之间的传递函数。,二、闭环系统的传递函数：,Wednesday, October 17
9、, 2018,26,扰动输入作用下的闭环系统的传递函数,（二）扰动作用下的闭环系统： 此时R(s)=0,结构图如下：,Wednesday, October 17, 2018,27,给定输入和扰动输入作用下的闭环系统的传递函数,(三）给定输入和扰动输入同时作用下的闭环系统 根据线性迭加原理：,输出：,Wednesday, October 17, 2018,28,给定输入作用下的闭环系统的传递函数,Wednesday, October 17, 2018,29,系统偏差传递函数：（扰动输入）,给定输入作用下的闭环系统的传递函数,一般要求由扰动量产生的输出量应为零。系统的输出为C(s), 偏差E(s)=0-B(s)=-H(s)C(s)，扰动作用下偏差传递函数为：,Wednesday, October 17, 2018,30,给定输入和扰动输入同时作用时系统偏差传递函数：,给定输入作用下的闭环系统的传递函数,提示：各个传递函数 都具有相同的分母，分母称为控制系统的特征表达式。,Wednesday, October 17, 2018,31,小结,结构图的概念和绘制方法； 结构图的等效变换（环节的合并和分支点、相加点的移动）；闭环系统的传递函数（给定作用和扰动作用共同下）；特征表达式（特征方程）。,
