自動(dòng)控制原理(16)

1、2022-2-201自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理2022-2-202第四講第四講2022-2-203內(nèi)容提要內(nèi)容提要2022-2-204回顧：控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性回顧：控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性輸入輸入Stable時(shí)間軸時(shí)間軸干擾干擾平衡狀態(tài)干擾偏離平衡狀態(tài)重回平衡狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出輸出2022-2-205回顧：建立微分方程的方法回顧：建立微分方程的方法2022-2-206回顧：傳遞函數(shù)回顧：傳遞函數(shù)2022-2-207回顧：求系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法回顧：求系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法2022-2-208系統(tǒng)方框圖G(s)輸入輸出2022-2-2092022-2-2010復(fù)雜控制系統(tǒng)的方框圖復(fù)雜控制系統(tǒng)的方框圖 2022-

2、2-2011復(fù)雜控制系統(tǒng)的方框圖復(fù)雜控制系統(tǒng)的方框圖 +-G1+H1H2G3G2H3+-RCs1s2s3G(s)輸入輸出2022-2-2012方框圖簡(jiǎn)化（方框圖等效變換）方框圖簡(jiǎn)化（方框圖等效變換）2022-2-20131 串聯(lián)環(huán)節(jié)的等效規(guī)則串聯(lián)環(huán)節(jié)的等效規(guī)則G1G2G3X(s)Y(s)V(s)W(s)123123( )( )( )( )( ) ( )( )( )( ) ( )( )( )( )( )V sG s X sW sGs V sY sGs W sY sG s Gs Gs X sG1G2G3X(s)Y(s)2022-2-20142 并聯(lián)環(huán)節(jié)的等效規(guī)則并聯(lián)環(huán)節(jié)的等效規(guī)則V(s)W(s)2

3、121( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( ) ( )( )GsX sV sG s X sW sGs X sY sV sW sY sG sG1G2X(s)Y(s)+X(s)Y(s)21GG2022-2-20153 反饋連接及其等效規(guī)則反饋連接及其等效規(guī)則X(s)Y(s)1GGH( )( )( )( )( )( ) ( )( )( ) ( ) ( )( )1X sG s H sE sX sH s Y sY sG s E sG sY sGHX(s)Y(s)+E(s)2022-2-2016注意比較G1G2X(s)Y(s)+X(s)Y(s)21GGGHX(s)Y(s)+E(s

4、)X(s)Y(s)1GGH并聯(lián)（parallel blocks）閉環(huán)（closed loop）2022-2-2017練習(xí)2022-2-2018復(fù)雜方框圖+-G1+H1H2G3G2H3+-RCs1s2s32022-2-20194 分支點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則分支點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則 （I）YGXGX(s)Y(s)Y(s)GX(s)Y(s)Y(s)G2022-2-20204 分支點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則分支點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則 （II） 1YGXXYGGX(s)X(s)Y(s)GX(s)X(s)Y(s)1G2022-2-20215 相加點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則相加點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則 （I） 1()ZGXYZG XYGGX(s)Y(s)+Z(s)GX(s)Y(s)+Z

5、(s)1G2022-2-20225 相加點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則相加點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則 （II）GX(s)Y(s)+Z(s)() ZG XYZGXGYGX(s)Y(s)+Z(s)G2022-2-20236 分支點(diǎn)之間、相加點(diǎn)之間相互移動(dòng)規(guī)則分支點(diǎn)之間、相加點(diǎn)之間相互移動(dòng)規(guī)則 （I）2022-2-20246 分支點(diǎn)之間、相加點(diǎn)之間相互移動(dòng)規(guī)則分支點(diǎn)之間、相加點(diǎn)之間相互移動(dòng)規(guī)則 （II）2022-2-2025注意注意2022-2-2026方框圖變換的步驟方框圖變換的步驟僅適用于單輸入單輸出系統(tǒng)僅適用于單輸入單輸出系統(tǒng)2022-2-2027+-G1+H1H2G3G2H3+-RCs1s2s3GHX(s)Y(s)+2022-

6、2-2028例子2022-2-20292022-2-2030練習(xí)12022-2-20312022-2-20322022-2-2033練習(xí)22022-2-20342022-2-2035練習(xí)32022-2-20362022-2-2037考慮擾動(dòng)的反饋控制系統(tǒng)2022-2-2038多輸入單輸出系統(tǒng)簡(jiǎn)化方法2022-2-2039例子例子1+-G1H1RC+G2DR+-G1H1CG2+-G1H1CG2D補(bǔ)充補(bǔ)充二、典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其暫態(tài)特性二、典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其暫態(tài)特性 無論什么樣的系統(tǒng)，它的傳遞函數(shù)都是一些基本無論什么樣的系統(tǒng)，它的傳遞函數(shù)都是一些基本因子相乘積而得到的。這些基本因子就是典型環(huán)

7、節(jié)對(duì)因子相乘積而得到的。這些基本因子就是典型環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)。把復(fù)雜的物理系統(tǒng)劃分為若干個(gè)典型應(yīng)的傳遞函數(shù)。把復(fù)雜的物理系統(tǒng)劃分為若干個(gè)典型環(huán)節(jié)，利用傳遞函數(shù)和框圖來進(jìn)行研究，這是研究系環(huán)節(jié)，利用傳遞函數(shù)和框圖來進(jìn)行研究，這是研究系統(tǒng)的一種重要方法。統(tǒng)的一種重要方法。 （1）比例環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)（放大環(huán)節(jié)（放大環(huán)節(jié)/無慣性環(huán)節(jié)）無慣性環(huán)節(jié)） 特點(diǎn)：輸入量與輸出量的關(guān)系為一種固定的比特點(diǎn)：輸入量與輸出量的關(guān)系為一種固定的比例關(guān)系。例關(guān)系。0tKXr(s)Xc(s)KsRsYsG)()()(r(t)y(t)y(t)/r(t)2022-2-2041（2）慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié) 特點(diǎn)：只包含一個(gè)儲(chǔ)能元件，使其

8、輸出量不能立即跟隨輸入量的變特點(diǎn)：只包含一個(gè)儲(chǔ)能元件，使其輸出量不能立即跟隨輸入量的變 化，存在時(shí)間上的延遲。化，存在時(shí)間上的延遲。（3）積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié) 特點(diǎn)：輸出量隨時(shí)間成正比地?zé)o限增加。特點(diǎn)：輸出量隨時(shí)間成正比地?zé)o限增加。Xr(S)Xc(S)11Ts11)()()(TssRsYsG0tr(t)/y(t)y(t)r(t)tr(t)0 Y(s)R(s)SKssG1)(y(t)y(t)/r(t)2022-2-2042（4）振蕩環(huán)節(jié)振蕩環(huán)節(jié) 特點(diǎn)：振蕩的程度與阻尼系數(shù)有關(guān)。特點(diǎn)：振蕩的程度與阻尼系數(shù)有關(guān)。02222)(nnnsssGR(s)Y(s)2222nnnSS121)(22TssTsGnt

9、=0.2=0.5=1y(t)/r(t)+-U (input)RLCiuc (output)RLcRLCuR id iuLd td uiCd tuuuu22CCCdud uuL CR Cud td t（5）微分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié) 特點(diǎn)：是積分環(huán)節(jié)的逆運(yùn)算，其輸出量反映了輸入信號(hào)的變化趁勢(shì)。特點(diǎn)：是積分環(huán)節(jié)的逆運(yùn)算，其輸出量反映了輸入信號(hào)的變化趁勢(shì)。 實(shí)踐中，理想的微分環(huán)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐中，理想的微分環(huán)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)。 常用的微分環(huán)節(jié)有：純微分環(huán)節(jié)、一階微分環(huán)節(jié)和二階微分環(huán)節(jié)三種，相應(yīng)的微分方程表達(dá)式：012)(1)()(22sssGssGssGty(t)(理想理想)y(t)(實(shí)際實(shí)際)y(t)/r(t)dttdrty)()( t 0)()()(trdttdrty t 0)()(2)()(222trdttdrdttrdty ()01，t 02022-2-2044n純微分環(huán)節(jié)在階躍信號(hào)的作用下，輸出為脈沖函數(shù)純微分環(huán)節(jié)在階躍信號(hào)的作用下，輸出為脈沖函數(shù)n微分環(huán)節(jié)的電路實(shí)現(xiàn)微分環(huán)節(jié)的電路實(shí)現(xiàn) 微分電路RCuuio右圖所示的RC電路，其電路方程為 RCdutdtutRCdu tdtooi( )( )( )環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)1)()()(sssUsUsGio