控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖-課件

微分方程傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖信號流圖時(shí)域數(shù)學(xué)模型復(fù)域數(shù)學(xué)模型回顧所學(xué)數(shù)學(xué)模型：拉氏變換定義及性質(zhì)零、極點(diǎn)及對輸出的影響組成及繪制簡化方法教學(xué)目的教學(xué)內(nèi)容熟練掌握簡化結(jié)構(gòu)圖的方法，理解信號流圖的概念，熟練掌握用梅遜公式求傳遞函數(shù)的方法以及閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分析方法。閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

*2.3控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖信號流圖的組成及性質(zhì)信號流圖的繪制梅遜增益公式*結(jié)構(gòu)圖的簡化*一、結(jié)構(gòu)圖的簡化1.串聯(lián)方框的等效G1(s)G2(s)R(s)C(s)U(s)G1(s)G2(s)R(s)C(s)2.并聯(lián)方框的等效C1(s)G1(s)G2(s)R(s)C2(s)C(s)G1(s)G2(s)R(s)C(s)3.反饋等效G(s)H(s)R(s)C(s)B(s)R(s)C(s)E(s)4.比較點(diǎn)和引出點(diǎn)的移動(dòng)GGGGGGG1(s)G2(s)G3(s)H3(s)G4(s)H2(s)H1(s)R(s)C(s)例1：簡化下圖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求系統(tǒng)傳遞函數(shù)C(s)/R(s)。1/G4(s)1/G2(s)G1(s)例2：簡化下圖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求系統(tǒng)傳遞函數(shù)C(s)/R(s)。G2(s)H1(s)R(s)C(s)1/G2(s)G1(s)例3：簡化下圖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求系統(tǒng)傳遞函數(shù)C(s)/R(s)。R(s)C(s)例4：簡化下圖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求系統(tǒng)傳遞函數(shù)C(s)/R(s)。R(s)C(s).....C(s)...R(s)作用分解G1G4H3G2G3H1...思考題：RCG4G1H3G2G3H1H1H3....CR它是由節(jié)點(diǎn)和支路組成的一種信號傳遞網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn):

標(biāo)志系統(tǒng)的變量（信號），在圖中用小圓圈表示；支路:

是連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的定向線段，它有一定的增益，稱為支路增益，在圖中標(biāo)記在相應(yīng)的線段旁。二、信號流圖的組成4三、信號流圖的基本性質(zhì)

支路相當(dāng)于乘法器，信號流經(jīng)支路時(shí)，被乘以支路增益而變換為另一信號。

節(jié)點(diǎn)標(biāo)志系統(tǒng)的變量。

信號在支路上沿箭頭方向傳遞，后一節(jié)點(diǎn)變量依賴前一節(jié)點(diǎn)變量，而沒有相反的關(guān)系，即只有“前因后果”的因果關(guān)系。源節(jié)點(diǎn)阱節(jié)點(diǎn)混合節(jié)點(diǎn)前向通路回路不接觸回路四、信號流圖中常用的名詞術(shù)語⒈源節(jié)點(diǎn)：在節(jié)點(diǎn)上只有輸出信號的支路（簡稱輸出支路），而沒有輸入信號的支路（簡稱輸入支路）的節(jié)點(diǎn)，稱為源節(jié)點(diǎn)，或源點(diǎn)。如：⒉阱節(jié)點(diǎn)：在節(jié)點(diǎn)上，只有輸入支路而沒有輸出支路的節(jié)點(diǎn)，稱為陷節(jié)點(diǎn)，或陷點(diǎn)。如⒊混合節(jié)點(diǎn)：在節(jié)點(diǎn)上，既有輸入支路又有輸出支路的節(jié)點(diǎn)，稱為混合節(jié)點(diǎn)。4.前向通路：信號從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)傳遞時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只通過一次的通路，叫前向通路。前向通路上各支路增益之乘積，稱為前向通路總增益，一般用表示。圖中把作為輸出節(jié)點(diǎn)，有兩條前向通路，它們的增益分別為：,5.回路：起點(diǎn)和終點(diǎn)在同一節(jié)點(diǎn)，而且信號通過任何其它節(jié)點(diǎn)不多于一次的閉合通路叫單獨(dú)回路，簡稱回路。只通過一個(gè)節(jié)點(diǎn)的回路稱自回路。回路中所有支路增益之乘積叫回路增益，用表示。如圖中有三個(gè)回路，，。6.不接觸回路：回路之間沒有公用節(jié)點(diǎn)時(shí)，這種回路叫做不接觸回路。源節(jié)點(diǎn)阱節(jié)點(diǎn)混合節(jié)點(diǎn)前向通路回路不接觸回路五、信號流圖的繪制

由系統(tǒng)微分方程繪制信號流圖)()()()()()(1)()()()()(211112211tititituRtidttiCRtitutuRtituccr=+===+=)()()()0()()()()()()()(211112211sIsIsICusCIsRsIRsIsURsUsUsIccr+=-==-=RC無源網(wǎng)絡(luò)信號流圖11-11CR2ucR1uri1i2i

由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖繪制信號流圖練習(xí)：畫出信號流圖3六、梅遜增益公式梅遜增益公式直接求取從源節(jié)點(diǎn)到阱節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù)，不經(jīng)過簡化。

梅遜增益公式例5：用梅森增益公式求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)/R(s)例6：用梅森增益公式求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)/R(s)例7：用梅森增益公式求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)以及。例8：求以下結(jié)構(gòu)圖的傳遞函數(shù)。法一：化簡結(jié)構(gòu)圖法二：梅遜公式法練習(xí)：3七、閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，一般可以由組成系統(tǒng)元部件的運(yùn)動(dòng)方程式求得，但更方便的是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖或信號流圖求得。ERENCC-H1G1G21G1(s)G2(s)H(s)R(s)E(s)B(s)N(s)C(s)1、系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)---------開環(huán)傳遞函數(shù)G1(s)G2(s)H(s)R(s)E(s)B(s)C(s)42、輸入信號R(s)下的閉環(huán)傳遞函數(shù))()()()(1)()()()()(2121sRsHsGsGsGsGsRssC+=F=G1(s)G2(s)H(s)R(s)E(s)B(s)C(s)G1(s)G2(s)H(s)R(s)E(s)B(s)N(s)C(s)令N(s)=043、擾動(dòng)N(s)作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù))()()(1)()()()(212sHsGsGsGsNsCsN+==FN(s)C(s)G1(s)G2(s)H(s)R(s)E(s)B(s)N(s)C(s)令R(s)=04、R(s)和N(s)同時(shí)作用下G1(s)G2(s)H(s)R(s)E(s)B(s)N(s)C(s)如則45、閉環(huán)系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù))()()(11)()()(21sHsGsGsRsEse+==FG1(s)G2(s)H(s)R(s)E(s)B(s)N(s)C(s)令N(s)=0)()()(1)()()()()(212sHsGsGsHsGsNsEsen+-==FG1(s)G2(s)H(s)R(s)E(s)B(s)N(s)C(s)令R(s)=0ERENC