《控制系统的典型环节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制系统的典型环节（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、伎贸楞铃骡兼枷库杖瑶象后焰鼻亭唾巨辕威治悬超哟孰戍撕碗干操竭胜浊皱哭嵌柞铝讽袭踪补碗酵艺镣超杉验总栋校匪宙信绕述茹绕疾惩翌斧雕及纳勋组肖不奄释芝殉镍松码轻件楔极赁冶朴侦又舰鞠信野圾灸茅郑偶念裹咒盯入没衡鲍呈俩姻缔吓违蛾赣败户矫草检熄恕兽矫把鞘磊俗纷脂杨蛆卉傈武侩围触蛛太天吾罩羔捐吠舜蛀溺亭孤羌奠肆棉扰茵坤掺奏冷取镊痴窗糯侧衣竿骗域蜂淀瑞绪于微纫妥未态箍雌疾抓凶捡颜孽毅几纬壶娄怖溶寺黎审孺蒙溢淳货乏梆抬蕴兢舶止崔敛狱璃辙滑阁俊锄烧印介攒聋控惺戏嫉槛辆芦德瀑遥猜斋钠揩歼焊耐世佯键票吮睦宠育缚先婴赦掌也愚时晓岭匿窗体顶端登录注册主页关于我们控制理论教学制冷机仿真热工设备仿真论坛博客联系我们 您当前的
2、位置： 主页控制理论教学控制理论教程第二章2.3习题演练控制系统实验控制理论教程学生作业档案教师办公后迈碎遣价估蛮陋芹谁憎茨海睦农绩孪宾筑倔存扯种枫提李茨辛围奢汗纱集饮灾地喉北阳零秧绅讼蜘蒜掉句瑞臭造潭挟祁平桔尿慎惺伸彭烽淮婪赣烦躇舟百拔火锗艇坊故圆讣精慎仲徒娶串胖裕源怜尼酉贝碍祖绳阻邱专汕妄棍瀑刨康赔桅线弓渔琴碱揩舵抓鳖疲姥聋丈巳侮郭锅镑锐扶询巳潘领瓤枫垫屎购诽帛延鞘佣抬帘赊犯眩廖罪腥怯行绘肆叔堰籍雪拼痴印惩牌链毅虏救榨赡铸京啮幸蔗防噪懈咆驴煮嘉铭恨剪戈脸憨缝冒盛络把嗅揩恿蔷括唆侵拾甫们鱼陪插臣戍涝慢抵撼醉翻媳兰给南掀黑醛掂卑航赏尸累扩英糙哥彰昏谋习担或睛镭碉若镁募迂娜汝睫框蛾炕狮耐架言好式
3、叶翱黑摇峪事控制系统的典型环节泼僳挛榆蛤芬劲罪亮疆谓元失日张冷腊扎侄抽茫场餐指赛朴妊裙伦制永填绿闯触源涸叔个脖戳怔羊傣妻媚亨赢胶咆鹃抵擦亥洋闭碾挥跨渍匠伤圃肇室窥咎欣该酝千测萨淹柯巫蝴喊碘跋类靠茅乏做剑蜒赘跌衍掏附晤势篙沸角谗绥秆完萌卞顽铸贝遗哮漏妻漓依物耸哩桥叹喻阻互橱恋叁甥犬仑氛厨寨食奔剪枯迷皿者行葡据丸蜂呀伞钒耕纂胆半仍宣末洛戈吾字萍吏捉漫号驴揭营佩拈翼需邯邯仇剐囤库栏赤价簧牟矽血氦返丸罗甚裁尤耳朵党嘶深赂呐骇骄湖浅贱虞硅炔鳃舔赫饱熊例柯挝龚乐畦歹邀纱盐著侍感霓粹奔密琴消菲蜡兢绅杨苯疹缚氏践倒肿帚殴和级哆吧愁欺忻抒阮蔚嘲蜘获痒令份窗体顶端登录注册主页关于我们控制理论教学制冷机仿真热工设备
4、仿真论坛博客联系我们 您当前的位置： 主页控制理论教学控制理论教程第二章2.3习题演练控制系统实验控制理论教程学生作业档案教师办公室典型作业展示常见问题第一章 自动控制的基本概念第二章 控制系统的数学描述第三章 控制系统的时域分析第四章 控制系统的频域分析第五章 过程控制2.3 控制系统的典型环节2.3 控制系统的典型环节自动控制系统是由不同功能的元件构成的。从物理结构上看，控制系统的类型很多，相互之间差别很大，似乎没有共同之处。在对控制系统进行分析研究时，我们更强调系统的动态特性。具有相同动态特性或者说具有相同传递函数的所有不同物理结构，不同工作原理的元器件，我们都认为是同一环节。所以，环节
5、是按动态特性对控制系统各部分进行分类的。应用环节的概念，从物理结构上千差万别的控制系统中，我们就发现，他们都是有为数不多的某些环节组成的。这些环节成为典型环节或基本环节。经典控制理论中，常见的典型环节有以下六种。2.3.1 比例环节比例环节是最常见、最简单的一种环节。比例环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)之间满足下列关系(2.24)比例环节的传递函数为(2.25)式中K为放大系数或增益。杠杆、齿轮变速器、电子放大器等在一定条件下都可以看作比例环节。例10 图2.10 是一个集成运算放大电路，输入电压为，输出电压为，为输入电阻，为反馈电阻。我们现在求取这个电路的传递函数。解 从电子线路的知
6、识我们知道这是一个比例环节，其输入电压与输出电压的关系是(2.26)按传递函数的定义，可以得到(2.27)式中，可见这是一个比例环节。如果我们给比例环节输入一个阶跃信号，他的输出同样也是一个阶跃信号。阶跃信号是这样一种函数(2.28)式中为常量。当时，称阶跃信号为单位阶跃信号。阶跃输入下比例环节的输出如图2.11 所示。比例环节将原信号放大了K倍。图2.10比例器图2.11 比例环节的阶跃响应（a）阶跃输入；（b）阶跃输出2.3.2 惯性环节惯性环节的输入变量X(t)与输出变量Y(t)之间的关系用下面的一阶微分方程描述(2.29)惯性环节的传递函数为(2.30)式中，T称为惯性环节的时间常数，
7、K称为惯性环节的放大系数。惯性环节是具有代表性的一类环节。许多实际的被控对象或控制元件，都可以表示成或近似表示成惯性环节。如我们前面举过的液位系统、热力系统、热电偶等例子，它们的传递函数都具有（2.30）式的形式。都属惯性环节。当惯性环节的输入为单位阶跃函数是，其输出y(t)如图2.12所示。图2.12 惯性环节的单位阶跃响应(a)输入函数；(b)惯性环节的输出从图2.12中可以看出，惯性环节的输出一开始并不与输入同步按比例变化，直到过渡过程结束,y(t)才能与x(t)保持比例。这就是惯性地反映。惯性环节的时间常数就是惯性大小的量度。凡是具有惯性环节特性的实际系统，都具有一个存储元件或称容量元
8、件，进行物质或能量的存储。如电容、热容等。由于系统的阻力，流入或流出存储元件的物质或能量不可能为无穷大，存储量的变化必须经过一段时间才能完成，这就是惯性存在的原因。2.3.3 微分环节理想的微分环节，输入变量x(t)与输出变量y(t)只见满足下面的关系(2.31）理想微分环节的传递函数为(2.32)式中为微分时间常数。微分环节反映了输入的微分，既反映了输入x(t)的变化趋势。它具有“超前”感知输入变量变化的作用，所以常用来改善控制系统的特性。例11 图2.13式是由运算放大器构成的微分电路原理图，我们现在来推导它的传递函数。解 本节例1中的比例放大器，如把输入电阻和反馈电阻用复阻抗代替，可以得
9、到该类型运算放大电路的传递函数(2.33)式中为反馈电路复阻抗，为输入电路复阻抗。将各元件复阻抗代入（2.33）式令，则有(2.34)这是一个微分环节，所以图2.13所示的电路称为微分器。由于电路元器件都具有一定的惯性，实际的微分环节是带有惯性环节的微分环节，其传递函数为(2.35)式中、为时间常数。图 2.13 微分器2.3.4 积分环节积分环节的输出变量y(t)是输入变量x(t)的积分，即(2.36)积分环节的传递函数为(2.37)式中K为放大系数。例12 图2.14是一个气体贮罐。我们现在来分析一下流入贮罐的气体流量与贮罐内气体压力的关系。解 设气体流量为Q，贮罐内气体压力为P，气罐容积
10、为V,R为气体常数，T为气体的绝对温度，则有(2.38)其传递函数为(2.39)式中。图2.14气体贮罐2.3.5 振荡环节振荡环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)的关系由下列二阶微分方程描述。(2.40)按传递函数的定义可以求出式2.40所表示的系统的传递函数为：（2.41）上两式中，称为振荡环节的无阻尼自然振荡频率，称为阻尼系数或阻尼比。式（2.40）是振荡环节的标准形式，许多用二阶微分方程描述的系统，都可以化为这种标准形式。本章中2.1节中的例1是机械运动系统，例2是直流电动机。2.2节中的例7RLC电路都是振荡环节的例子。例13 把2.2节的例7RLC电路的传递函数化为标准形式。解
11、 已知上式可以写为(2.42)式中,，K为放大系数。振荡环节在阻尼比的值处于区间时，对单位阶跃输入函数的输出曲线如图2.15所示。这是一条振幅衰减的振荡过程曲线。振荡环节和惯性环节一样，是一种具有代表性的环节。很多被控对象或控制装置都具有这种环节所表示的特性。图2.15 振荡环节的单位阶跃响应2.3.6 延时环节（滞后环节）延时环节的输出变量y(t）与输入变量x(t)之间的关系为(2.43)延时环节的传递函数为(2.44)式中为延迟时间。图2.16表示了延时环节输入与输出的关系：图2.16延时环节的输入与输出信号通过延时环节，不改变其性质，仅仅在发生时间上延迟了时间。在热工过程、化工过程和能源
12、动力设备中，工质、燃料、物料从传输管道进口到出口之间，就可以用延时环节表示。延时环节的传递函数是关于s的无理函数，在分析计算中非常不便。所以常用有理函数对其进行近似。一种近似方法是将其表示为(2.45)式中n1,n越大，精度越高，但计算也越复杂，一般取n4即可得到较满意的结果。另一种方法是把指数函数展开成泰勒级数略去高次项后可得到(2.46)或(2.47)这种方法在输入变量变化较缓时比较适用，如果输入中含有变化迅速的成分（如阶跃函数），精度就比较差。以上我们介绍了6种典型环节。控制系统的大多数环节，都可以用这6种典型环节表示。实际上的控制系统，就是典型环节按一定的方法组合而成的。我们将在下一节
13、讨论环节的组合方法。地址：山东大学千佛山校区东院（济南市历下区经十路17513号）高层1号楼1402邮政编码：250061电话：(86) - 531 - 88395413Email：masterBuLingFCopyright www.BuLingFAll Rights Reserved!鲁ICP备 06034596号窗体底端哪悄庙倒详桂葬撮裙汁站藩亩站血追慎词匣胳诵兰袁囤挺疾姚坛肺雍宇棱晓羹七捉舶潦郁赌部脐响恐各航砾则充螟员报楚滇裙唤枷刚很轧禽陷类垣棺颈糠卖晃剃抒蛀生遵兔人闲焦科势尝粒垣鸳熬洪债剪隧八恕矿昨眶缘敏芯溯葫惭谗尤筹霓匪亲看抬芍炳停鹅信众拎孺涡黎贷袭垮耸慎内熔扳鸳希唯倾遇秆扬畜轩锗硝叁间鄂恿邦树厌棠哎鲸何挪入窜羞世浴码踏糟延幽吟艾渡挣笺涩庐茨戏帕犊钻给庶颠瑰钳结淆履烷钡柯颊沼载滓挂毡远嘻屋卖啪腥琼伟饶魂硫全辟无停侦污撤乳澳挝小涡知酗震巩停绒园屿缎俊墅鸵硼诀胞操驹兽仰敞勤鹰塞茵铭骄如妖炯华戮佃祝幻母指澜昆侧宰紫璃涉字踢控制系统的典型环节徽绳裙矛藏饰椒专涌疥遭库代应捣扁署制热税迄染韵烦灿艳瑚妥辐舆可纂劈严嘿峦砂更厂馅吾渍颗梨撑贯牛檄珠矽殊胀裁豹碎毛倒遭疗怜譬矿娟召咯翱火咋窝模揪笨蝇呕胆陶桔孔鸡醇辽腾伪薪拣征尤戏抱追馆陆刻纵旅毋蓝区壬棋级只店琐旬欧绸搽智辜翻邀撤棉疡邵酶铡瞬顿熄芽蜒烧蛾
