自動控制原理第四次課-傳遞函數(shù)及結(jié)構(gòu)圖簡化

2023-10-26自動控制原理第四次課—傳遞函數(shù)及結(jié)構(gòu)圖簡化引言傳遞函數(shù)概述傳遞函數(shù)的簡化結(jié)構(gòu)圖概述結(jié)構(gòu)圖的簡化實(shí)例總結(jié)與展望contents目錄01引言前三次課程回顧介紹了自動控制系統(tǒng)的基本概念、組成、分類、性能要求等，以及時域分析法、頻率分析法等基本分析方法。傳遞函數(shù)與結(jié)構(gòu)圖的基本概念傳遞函數(shù)是線性時間不變系統(tǒng)的輸出與輸入之比，而結(jié)構(gòu)圖則是表示系統(tǒng)內(nèi)部元件之間關(guān)系的圖形。課程背景課程目標(biāo)掌握傳遞函數(shù)的簡化方法通過化簡傳遞函數(shù)，能夠更清晰地分析系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。理解結(jié)構(gòu)圖簡化原則通過簡化結(jié)構(gòu)圖，可以更好地理解系統(tǒng)的組成和元件之間的連接關(guān)系。掌握系統(tǒng)分析方法通過學(xué)習(xí)和實(shí)踐簡化傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖的技巧，可以更好地掌握系統(tǒng)分析方法，提高分析和解決問題的能力。010203理論學(xué)習(xí)通過聽課、閱讀教材和相關(guān)文獻(xiàn)，了解傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖的基本概念和簡化方法。實(shí)踐操作通過實(shí)驗(yàn)、模擬或?qū)嶋H項(xiàng)目，練習(xí)簡化傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖的技巧，加深對知識的理解和掌握。小組討論與同學(xué)和老師進(jìn)行討論，分享經(jīng)驗(yàn)和思路，加深對知識的理解和掌握。學(xué)習(xí)方法02傳遞函數(shù)概述傳遞函數(shù)的定義它通過引入外部變量和內(nèi)部變量，將復(fù)雜的系統(tǒng)關(guān)系簡化為單一的函數(shù)表達(dá)式。傳遞函數(shù)只考慮系統(tǒng)的外部性能，而忽略了系統(tǒng)的內(nèi)部細(xì)節(jié)。傳遞函數(shù)是一種數(shù)學(xué)描述方式，用于表示系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系。傳遞函數(shù)可以方便地分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。傳遞函數(shù)的作用傳遞函數(shù)為設(shè)計和控制復(fù)雜的系統(tǒng)提供了有效的工具。通過分析傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)，可以預(yù)測系統(tǒng)對不同輸入的響應(yīng)。傳遞函數(shù)的性質(zhì)傳遞函數(shù)具有唯一性，即對于一個特定的系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)是唯一的。傳遞函數(shù)是一種復(fù)數(shù)函數(shù)，其值域和定義域均為復(fù)數(shù)。傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)分布決定了系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。01020303傳遞函數(shù)的簡化1串聯(lián)環(huán)節(jié)的簡化23串聯(lián)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的乘積。當(dāng)兩個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)相乘時，若分母中存在公因子，則可以合并為一個環(huán)節(jié)。合并后的傳遞函數(shù)分母中不再含有該公因子。并聯(lián)環(huán)節(jié)的簡化并聯(lián)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的代數(shù)和。當(dāng)兩個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)相加時，若分子中存在公因子，則可以合并為一個環(huán)節(jié)。合并后的傳遞函數(shù)分子中不再含有該公因子。01030203通過化簡，可以更好地理解系統(tǒng)的輸入和輸出之間的關(guān)系，為后續(xù)控制系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化提供基礎(chǔ)。復(fù)雜傳遞函數(shù)的簡化01對于復(fù)雜的傳遞函數(shù)，可以通過逐步化簡為簡單的串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而更容易分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)。02在化簡過程中，需要注意中間變量的定義和代換，以及化簡后傳遞函數(shù)的物理意義是否明確。04結(jié)構(gòu)圖概述表示信號的傳遞路徑，包括輸入、輸出、反饋等。結(jié)構(gòu)圖的組成信號線表示系統(tǒng)內(nèi)部元件或子系統(tǒng)，包括一階、二階等不同階次的環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)表示各環(huán)節(jié)之間的連接方式，如串聯(lián)、并聯(lián)等。連接方式直觀性結(jié)構(gòu)圖能夠直觀地反映系統(tǒng)的組成和傳遞關(guān)系。易于分析通過結(jié)構(gòu)圖可以方便地分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。多樣性結(jié)構(gòu)圖可以針對不同系統(tǒng)進(jìn)行繪制，適應(yīng)性強(qiáng)。結(jié)構(gòu)圖的特點(diǎn)合并同類項(xiàng)將多個同類環(huán)節(jié)合并為一個環(huán)節(jié)，簡化結(jié)構(gòu)圖。通過消去中間變量，減少結(jié)構(gòu)圖的復(fù)雜度。將多個環(huán)節(jié)中的公因子提取出來，形成新的環(huán)節(jié)。將系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)，再根據(jù)需要重新組合。結(jié)構(gòu)圖的簡化方法消去中間變量提取公因子分解與重構(gòu)05結(jié)構(gòu)圖的簡化實(shí)例單級放大器結(jié)構(gòu)圖簡化通過化簡電路結(jié)構(gòu)，將單級放大器結(jié)構(gòu)圖簡化為基本元件的連接?？偨Y(jié)詞單級放大器結(jié)構(gòu)圖由電源、電阻、電容、晶體管等元件組成。通過分析電路結(jié)構(gòu)，可以將其簡化為基本元件的連接。首先將電源視為電壓源，將電阻、電容和晶體管分別視為電阻、電容和開關(guān)元件，然后根據(jù)電路結(jié)構(gòu)將它們連接起來。詳細(xì)描述總結(jié)詞通過化簡電路結(jié)構(gòu)，將兩級放大器結(jié)構(gòu)圖簡化為基本元件的連接。詳細(xì)描述兩級放大器結(jié)構(gòu)圖由兩個單級放大器組成，通過分析電路結(jié)構(gòu)，可以將其簡化為基本元件的連接。首先將每個單級放大器簡化為基本元件的連接，然后將它們連接起來。需要注意的是，兩個單級放大器的輸出和輸入需要經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪B接以實(shí)現(xiàn)兩級放大。兩級放大器結(jié)構(gòu)圖簡化總結(jié)詞通過化簡電路結(jié)構(gòu)，將其他復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖簡化為基本元件的連接。詳細(xì)描述對于其他復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如多級放大器、反饋系統(tǒng)等，可以通過逐步化簡電路結(jié)構(gòu)，將其簡化為基本元件的連接。首先將每個組成部分簡化為基本元件的連接，然后將它們連接起來。在化簡過程中需要注意各種元件的連接方式和作用，以確保最終得到的簡化結(jié)構(gòu)能夠正確反映系統(tǒng)的功能。其他復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖簡化06總結(jié)與展望傳遞函數(shù)的定義與性質(zhì)掌握了傳遞函數(shù)的基本概念、定義和性質(zhì)，包括線性時不變系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、傳遞函數(shù)的零點(diǎn)與極點(diǎn)等。學(xué)習(xí)重點(diǎn)回顧結(jié)構(gòu)圖的組成與簡化理解了結(jié)構(gòu)圖的基本組成、各部分的功能以及簡化方法，包括如何將復(fù)雜的控制系統(tǒng)分解為簡單的組成部分，以及如何通過化簡結(jié)構(gòu)圖來分析系統(tǒng)的性能。應(yīng)用實(shí)例通過分析實(shí)際應(yīng)用中的控制系統(tǒng)，如溫度控制系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)等，加深了對傳遞函數(shù)及結(jié)構(gòu)圖簡化的理解，并能夠運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題。學(xué)習(xí)反饋控制系統(tǒng)了解反饋控制系統(tǒng)的基本原理、反饋控制與開環(huán)控制的區(qū)別以及反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析。學(xué)習(xí)狀態(tài)空間分…掌握狀態(tài)空間分析法的基本概念、狀態(tài)方程的建立與解法以及系統(tǒng)的能控性與能觀性分析。進(jìn)一步掌握MA…學(xué)習(xí)使用MATLAB/Simulink進(jìn)行控制系統(tǒng)建模、仿真和分析，包括如何利用MATLAB/Simulink進(jìn)行控制系統(tǒng)性能評估和優(yōu)化設(shè)計。下一步學(xué)習(xí)計劃工業(yè)生產(chǎn)過程控制學(xué)習(xí)了傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖簡化在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用，如溫度控制、壓力控制、液位控制等，通過簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和分析系統(tǒng)性能，能夠提高生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和效率。航空航天領(lǐng)域控制了解了傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖簡化在航空航天領(lǐng)域控制中的應(yīng)用，如飛行器姿態(tài)控制、衛(wèi)星軌道控制等，通過優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計和提高系統(tǒng)性能，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準(zhǔn)