3.2自動控制理論信號流程圖補充ppt課件

1、自動控制原理自動控制原理第二章第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 1.1 引言引言 1.2 控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型 1.3 控制系統(tǒng)的復(fù)域數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的復(fù)域數(shù)學(xué)模型 1.4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換 2.5 控制系統(tǒng)的信號流圖控制系統(tǒng)的信號流圖 2.6 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 課堂回顧課堂回顧2.3.3 2.3.3 傳遞函數(shù)的性質(zhì)傳遞函數(shù)的性質(zhì)2.3.1 2.3.1 傳遞函數(shù)的定義傳遞函數(shù)的定義2.3.2 2.3.2 傳遞函數(shù)的標準形式傳遞函數(shù)的標準形式2.3.4 2.3.4 傳遞函數(shù)的局限性傳遞函數(shù)的局限性控制

2、系統(tǒng)模型控制系統(tǒng)模型微分方程時域）微分方程時域）傳遞函數(shù)復(fù)域）傳遞函數(shù)復(fù)域） (1) G(s) (1) G(s) 是復(fù)函數(shù)；是復(fù)函數(shù)； (2) G(s) (2) G(s) 只與系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)；只與系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)； (3) G(s) (3) G(s) 與系統(tǒng)微分方程直接關(guān)聯(lián)；與系統(tǒng)微分方程直接關(guān)聯(lián)； (4) G(s) = L k(t) (4) G(s) = L k(t) ； (5) G(s) (5) G(s) 與與 s s 平面上的零極點圖相對應(yīng)。平面上的零極點圖相對應(yīng)。課程回顧課程回顧2）K 11 Ts12122 TssT ss11 s 1222 ss 2.3.3 2.3.3

3、典型環(huán)節(jié)典型環(huán)節(jié) （1 1比比例環(huán)節(jié)例環(huán)節(jié) （2 2微微分環(huán)節(jié)分環(huán)節(jié) （3 3積積分環(huán)節(jié)分環(huán)節(jié) （4 4慣慣性環(huán)節(jié)性環(huán)節(jié) （5 5振振蕩環(huán)節(jié)蕩環(huán)節(jié) （6 6一一階復(fù)合微分環(huán)節(jié)階復(fù)合微分環(huán)節(jié) （7 7二二階復(fù)合微分環(huán)節(jié)階復(fù)合微分環(huán)節(jié)2.3.3 典型環(huán)節(jié)典型環(huán)節(jié)(1)環(huán)節(jié)：具有相同形式傳遞函數(shù)的元部件的環(huán)節(jié)：具有相同形式傳遞函數(shù)的元部件的分類。分類。典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù).doc不同的元部件可以有相同的傳遞函數(shù)；不同的元部件可以有相同的傳遞函數(shù)；若輸入輸出變量選擇不同，同一部件可以若輸入輸出變量選擇不同，同一部件可以有不同的傳遞函數(shù)有不同的傳遞函數(shù) ；任一傳遞函數(shù)都可看作典型環(huán)節(jié)

4、的組合。任一傳遞函數(shù)都可看作典型環(huán)節(jié)的組合。2.3.3 典型環(huán)節(jié)典型環(huán)節(jié)(2)傳遞函數(shù)都可看作典型環(huán)節(jié)的組合傳遞函數(shù)都可看作典型環(huán)節(jié)的組合)12)(1()12()(22 ssTsssKsG 負載效應(yīng)問題負載效應(yīng)問題控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換 2.4.1 結(jié)構(gòu)圖的組成及繪制結(jié)構(gòu)圖的組成及繪制.doc2.4.2 結(jié)構(gòu)圖等效變換規(guī)則結(jié)構(gòu)圖等效變換規(guī)則.doc控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換(1) 2.4.1 2.4.1 結(jié)構(gòu)圖的組成及繪制結(jié)構(gòu)圖的組成及繪制2.

5、4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換(1) 2.4.2 結(jié)構(gòu)圖等效變換規(guī)則結(jié)構(gòu)圖等效變換規(guī)則結(jié)構(gòu)圖等效變換舉例結(jié)構(gòu)圖等效變換舉例 2.5 控制系統(tǒng)的信號流圖控制系統(tǒng)的信號流圖2.5.1 信號流圖與結(jié)構(gòu)圖的對應(yīng)關(guān)系信號流圖與結(jié)構(gòu)圖的對應(yīng)關(guān)系 信號流圖信號流圖 結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 源節(jié)點源節(jié)點 輸入信號輸入信號 阱節(jié)點阱節(jié)點 輸出信號輸出信號 混合節(jié)點混合節(jié)點 比較點，引比較點，引出點出點 支路支路 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 支路增益支路增益 環(huán)節(jié)傳遞函環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)數(shù) 前向通路前向通路 回路回路 互不接觸回路互不接觸回路信號流圖與結(jié)構(gòu)圖的轉(zhuǎn)換信號流圖與結(jié)構(gòu)圖的轉(zhuǎn)換1）控制系統(tǒng)信號流圖控制系統(tǒng)信號

6、流圖（1信號流圖信號流圖 結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖信號流圖與結(jié)構(gòu)圖的轉(zhuǎn)換信號流圖與結(jié)構(gòu)圖的轉(zhuǎn)換2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（2結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 信號流圖信號流圖系統(tǒng)信號流圖系統(tǒng)信號流圖2.5.2 梅遜梅遜Mason增益公式增益公式kn1kkP1G(s) fedcbaLLLLLL1nkP aLcbLL fedLLL k Mason公式公式: 特征式特征式 前向通路的條數(shù)前向通路的條數(shù) 第第k條前向通路的總增益條前向通路的總增益 所有不同回路的回路增益之和所有不同回路的回路增益之和 兩兩互不接觸回路的回路增益乘積之和兩兩互不接觸回路的回路增益乘積之和 互不接觸回路中，每次取其中三個

7、的回路增互不接觸回路中，每次取其中三個的回路增益乘益乘 積之和積之和 第第k條前向通路的余子式條前向通路的余子式(把與第把與第k條前向通路條前向通路接接 觸的回路去除，剩余回路構(gòu)成的子特征式觸的回路去除，剩余回路構(gòu)成的子特征式Mason 公式公式1）例例 1 求傳遞函數(shù)求傳遞函數(shù) C(s)/R(s)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖例例 1 求求C(s)/R(s)2321HGG 354HGG 443HGG 1654321HGGGGGG )(354232HGGHGG 32543216543214433542321HHGGGGHGGGGGGHGGHGGHGG 6543211GGGGGGP 11 32543216543

8、214433542326543211)(HHGGGGHGGGGGGHGGHGGHGGGGGGGGs Mason 公式公式2）例例 2 求傳遞函數(shù)求傳遞函數(shù) C(s)/R(s) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖例例 2 求求C(s)/R(s)1211HGG 232HGG 321GGG 24HG 41GG 41243212321211GGHGGGGHGGHGG 3211GGGP 11 412432123212141321)(GGHGGGGHGGHGGGGGGGs 412GGP 12 Mason 公式公式3）例例 3 求傳遞函數(shù)求傳遞函數(shù) C(s)/R(s) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖例例 3 求求C(s)/R(s)151RCs

9、 2)(16RCS 3)(1RCs 31)(1RCsP 11 1)(6)(5)(1)(23 RCsRCsRCssMason 公式公式4）例例 4 求傳遞函數(shù)求傳遞函數(shù) C(s)/R(s) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖例例 4 求求C(s)/R(s)11H 1G 2G 21GG 3G 3G 13HG 13212111HGGGGGH 211GGP 11 32GP 121H 132121113211)1()(HGGGGGHHGGGs Mason 公式公式5）例例 5 求傳遞函數(shù)求傳遞函數(shù) C(s)/R(s) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖例例 5 求求C(s)/R(s)221HG 14321HGGGG 1421HGGG 1421

10、14321221HGGGHGGGGHG 1143211 GGGGP124212 GGGP1354323 GGGGP145424 GGGP156435 GGGP1642266 GGHGP142114321222642643542543242143211)(HGGGHGGGGHGHGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGs Mason 公式公式6）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖例例 6 求傳遞函數(shù)求傳遞函數(shù) C(s)/R(s), C(s)/N(s)例例6 求求 C(s)/R(s), C(s)/N(s)HG21 21GG 31GG HGGGGGGGHG321312121 11211 GGPHGGGP223121 HGGGGGGGHGGGGGs3213121231211)( HGPNN21111 122142 NNGGGPHGGGGPNN2331431 HGGGGGGGHGGGGHGGGGsN3213121242124311)1)(1()( HGGG321 2.6 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)輸入輸入 r(t) 作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)3. 干擾干擾 n(t) 作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)4. 系統(tǒng)的總輸出系統(tǒng)的總輸出