自動控制原理課件之第二章線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述(已修改)
2025-01-29 12:34 本頁面
【正文】 自動控制原理 杭州電子科技大學(xué) “自動控制原理”精品課程課題組 jsp?courseId=2220 2022年度浙江省精品課程 2 結(jié)構(gòu)圖 ?引言 ?結(jié)構(gòu)圖的組成 ?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的建立 ?閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 ?結(jié)構(gòu)圖的簡化和變換規(guī)則 3 引言 ? 結(jié)構(gòu)圖 （ 方塊圖 ） 的含義 ? 控制系統(tǒng)都是由一些元部件組成的 。 ? 根據(jù)不同的功能 ， 可將系統(tǒng)劃分為若干環(huán)節(jié)或者叫 子系統(tǒng) ， 每個子系統(tǒng)的功能都可以用一個單向性的函數(shù)方塊來表示 。 ? 方塊中填寫表示這個子系統(tǒng)的傳遞函數(shù) ， 輸入量加到方塊上 ， 那么輸出量就是傳遞結(jié)果 。 ()Gs()Rs ()Cs4 ? 根據(jù)系統(tǒng)中信息的傳遞方向 ， 將各個子系統(tǒng)的函數(shù)方塊用 信號線 順次連接起來 ， 就構(gòu)成了系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)圖 ， 又稱系統(tǒng)的 方塊圖 。 ? 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖實際上是 系統(tǒng)原理圖與數(shù)學(xué)方程的結(jié)合 ， 因此可以作為系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的一種圖示 。 5 一 、 結(jié)構(gòu)圖的組成 ① 結(jié)構(gòu)圖的每一元件用標有傳遞函數(shù)的方框表示 。 ? 方塊外面帶箭頭的線段表示這個環(huán)節(jié)的輸入信號（ 箭頭指向方框 ） 和輸出信號 （ 箭頭離開方框 ） ，其方向表示信號傳遞方向 。 ? 箭頭處標有代表信號物理量的符號字母 。 元件的結(jié)構(gòu)圖 ()Gs()Rs ()Cs6 ② 把系統(tǒng)中所有元件都用上述方框形式表示 ， 按系統(tǒng)輸入信號經(jīng)過各元件的先后次序 ，依次將代表各元件的方塊用連接線連結(jié)起來 。 ? 顯然 ， 前后兩方塊連接時 ， 前面方塊輸出信號必為后面方塊的輸入信號 。 7 ③ 對于閉環(huán)系統(tǒng) ， 需引入兩個新符號 ， 分別稱為 相加點 （ 比較點 、 綜合點 ） 和分支點（ 引出點 、 測量點 ） 。 結(jié)構(gòu)圖的相加點 (a)和分支點 (b) ( a )( ) , ( )u t U s ?( ) , ( )r t R s( ) ( )u t r t?( ) ( )U s R s?+( b )( ) , ( )u t U s( ) , ( )u t U s8 ?相加點 如圖 (a)所示 ， 它是系統(tǒng)的比較元件 ，表示兩個以上信號的 代數(shù)運算 。 ? 箭頭指向的信號流線表示它的輸入信號 ， 箭頭離開它的信號流線表示它的輸出信號； ? 附近的＋ 、 －號表示信號之間的運算關(guān)系是相加還是相減 。 ?9 ?在框圖中 ， 可以從一條信號流線上引出另一條或幾條信號流線 ， 而信號引出的位置稱為分支點或引出點 （ 如圖 (b)所示 ） 。 ? 需要注意的是 ， 無論從一條信號流線或一個分支點引出多少條信號流線 ， 它們都代表一個信號 ， 即原始信號的大小 。 ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖是由表示系統(tǒng)各個元件的傳遞函數(shù)方框 ， 根據(jù)信號之間的相互關(guān)系連接構(gòu)成的圖形 。 10 小結(jié) ：任何系統(tǒng)都可以由信號線 、 函數(shù)方塊 、 信號引出點及求和點組成的方塊圖來表示 。 求和點 函數(shù)方塊 引出點 函數(shù)方塊 信號線 11 二 、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的建立 ① 建立控制系統(tǒng)各部件的微分方程 （ 注意相鄰元件之間的負載效應(yīng)影響 ） ； ② 對各微分方程在零初始條件下進行拉氏變換 ， 并作出各元件的方塊圖； ③ 按照系統(tǒng)中各變量的傳遞順序 ， 依次將各元件的框圖連接起來 ， 便得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 。 12 13 三 、 閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 圖中各信號之間的關(guān)系為 式中 E(s)和 B(s)分別為 偏差信號 和 反
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