控制工程基礎(chǔ)04

控制工程基礎(chǔ)唐志國1通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室控制工程基礎(chǔ)教師：唐志國

單位：通信工程學(xué)院控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第四講唐志國2通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的組成（二）三種基本連接方式（三）常用的幾種傳函（四）結(jié)構(gòu)圖化簡求傳函本講主要內(nèi)容：唐志國3通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室(1)首先按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，分解出各環(huán)節(jié)并寫出它的傳遞函數(shù)。(2)繪出各環(huán)節(jié)的方框圖，方框圖中標(biāo)明它的傳遞函數(shù)，并以箭頭和字母符號表明其輸入量和輸出量，按照信號的傳遞方向把各方框圖依次連接起來，就構(gòu)成了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖將系統(tǒng)中所有的環(huán)節(jié)用方框圖表示，圖中標(biāo)明其傳遞函數(shù)，并且按照在系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，將各方框圖連接起來。結(jié)構(gòu)圖也稱方塊圖或方框圖，具有形象和直觀的特點(diǎn)。系統(tǒng)方框圖是系統(tǒng)中各元件功能和信號流向的圖解，它清楚地表明了系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)間的相互關(guān)系。構(gòu)成方框圖的基本符號有四種。怎么得到？如何組成？唐志國4通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室唐志國5通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室

圖中為一無源RC網(wǎng)絡(luò)。選取變量如圖所示，根據(jù)電路定律，畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

例題1：唐志國6通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室零初始條件下取拉氏變換唐志國7通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室

RC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

各環(huán)節(jié)方框圖

唐志國8通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室環(huán)節(jié)的連接有串聯(lián)、并聯(lián)和反饋三種基本形式。1.串聯(lián):在單向的信號傳遞中，若前一個(gè)環(huán)節(jié)的輸出就是后一個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，并依次串接這種聯(lián)接方式稱為串聯(lián)。

n個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)后總的傳遞函數(shù):三種基本連接方式唐志國9通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室即環(huán)節(jié)串聯(lián)后總的傳遞函數(shù)等于串聯(lián)的各個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的乘積。環(huán)節(jié)的串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)唐志國10通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室2.并聯(lián)

:若各個(gè)環(huán)節(jié)接受同一輸入信號而輸出信號又匯合在一點(diǎn)時(shí)，稱為并聯(lián)。由圖可知總的傳遞函數(shù)為環(huán)節(jié)的并聯(lián)唐志國11通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室3.反饋：若將系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸出信號反饋到輸入端，與輸入信號相比較，就構(gòu)成了反饋連接。如果反饋信號與給定信號極性相反，則稱負(fù)反饋連接。反之，則為正反饋連接.若反饋環(huán)節(jié)H(s)=1稱為單位反饋。

前向通路反饋通路唐志國12通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室對于負(fù)反饋連接，給定信號r(t)和反饋信號b(t)之差，稱為偏差信號e(t)即正反饋負(fù)反饋唐志國13通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室常見的幾種傳函系統(tǒng)雖然只有一個(gè)輸入，但是外部擾動(dòng)可以等效看成輸入。

唐志國14通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室

(1)前向通路傳遞函數(shù)

打開反饋后，輸出C(s)與R(s)之比。等價(jià)于C(s)與誤差E(s)之比(2)反饋回路傳遞函數(shù)主反饋信號B(s)與輸出信號C(s)之比。令N(s)=0唐志國15通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室(3)開環(huán)傳遞函數(shù)主反饋信號B(s)與誤差信號E(s)之比。(4)閉環(huán)傳遞函數(shù)輸出信號C(s)與輸入信號R(s)之比。(5)誤差傳遞函數(shù)誤差信號E(s)與輸入信號R(s)之比。唐志國16通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室(6)輸出對擾動(dòng)的傳遞函數(shù)輸出C(s)與N(s)之比。(7)誤差對擾動(dòng)的傳遞函數(shù)

令R(s)=0如何求輸出C（s）唐志國17通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室結(jié)構(gòu)圖化簡求傳函有了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖以后，為了對系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究，需要對方框圖作一定的變換，以便求出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。方框圖的變換應(yīng)按等效原則進(jìn)行。所謂等效，即對方框圖的任一部分進(jìn)行變換時(shí)，變換前、后輸入輸出總的數(shù)學(xué)關(guān)系式應(yīng)保持不變。除了前面介紹的串聯(lián)、并聯(lián)和反饋連接可以簡化為一個(gè)等效環(huán)節(jié)外，還有信號引出點(diǎn)及比較點(diǎn)前后移動(dòng)的規(guī)則。

唐志國18通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室原則:換位前后的輸入/輸出信號間關(guān)系不變。

比較點(diǎn)唐志國19通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室引出點(diǎn)唐志國20通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室互換唐志國21通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室針對下面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，說法正確的是：

H1和2互換A2后移至3B3前移至2J7和8拆分C4后移至5D5前移至4E5后移至6I3和4互換G1和2合并F6前移至5唐志國22通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室化簡上圖所示系統(tǒng)方框圖，并求系統(tǒng)傳遞函數(shù)

例題2：唐志國23通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室唐志國24通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室唐志國25通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室化簡上圖所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求閉環(huán)傳遞函數(shù)。

例題3：唐志國26通信工程學(xué)院自動(dòng)化教研室

方框圖的變換與簡化

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