《系统框图及其简化》PPT课件.ppt

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1、§2-３系统的框图及其简化控制系统的结构图是描述系统各组成元部件之间信号传递关系的数学图形，它表示系统中各变量所进行的数学运算和输入、输出之间的因果关系。采用结构图，不仅能方便地求取复杂系统的传递函数，而且能形象直观地表明信号在系统或元件中的传递过程。一、结构图的组成把各环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入、输出信号分别以拉氏变换来表示，就可以得到传递函数方块图，这种图形既说明了信号之间的数学物理关系，又描述了系统的动态结构，因此称之为系统的动态结构图简称为结构图。7/

2、25/20211共38页系统结构图的基本组成1.信号线：带有箭头的直线，箭头表示信号的传递方向，且信号只能单向传输。2.方块单元：即一个元件或环节的传递函数方块图，该方块可以对信号进行数学变换，其变换关系为：方块单元如图2-25所示。3.信号比较点：表示两个或多个信号在此代数相加。如图2-26所示。其中“+”号表示相加，“-”表示相减。7/25/20212共38页“+”可省略不写。信号比较点的运算关系为应注意：只有具有相同因次或量纲的量才能进行加减运算。4.信号引出点：表示信号引出或测量的位置。

3、从同一位置引出的信号在数值和性质上完全相同。如图2-27如果已知系统的组成和各组成部分的传递函数，就可以通过上述四种基本单元将系统各部分连接起来，构成整个系统的结构图。7/25/20213共38页1.列写出系统各元件的微分方程。在建立方程时应分清各元件的输入量、输出量，同时应考虑相邻元部件之间是否有负载效应。二、结构图的画法2.在零初始条件下，对各微分方程进行拉氏变换，并将变换式写成标准形式。4.按照系统中信号的传递顺序，依次将各元部件的结构图连接起来，便可得到系统的结构图。3.由标准变换式利用

4、结构图的四个基本单元，分别画出各元部件的结构图。绘制系统结构图的步骤如下：7/25/20214共38页例2-11在图2-28的滤波电路中，输入电压为ur，输出电压为uc，试画出其结构图解:1.列写各元件的微分方程7/25/20215共38页2.对上述方程进行拉氏变换，并整理成标准式。7/25/20216共38页3.按标准变换式画出各元件的结构图，如图2-29所示。7/25/20217共38页3.按标准变换式画出各元件的结构图，如图2-29所示。4.按照信号传递顺序，依次将各元部件的结构图连接起来

5、。7/25/20218共38页例2-12在图2-31所示电路中，输入电压为ur，输出电压为uc，试画出系统的结构图。解:对于RC电路系统，可直接运用电压、电流和复阻抗之间所遵循的定律来建立结构图。在本例中，R1和C并联支路的端电压为ur-uc，流经R1和C的电流分别为i1、i2，根据端电压、电流、及复阻抗之间的关系，可画出描述该并联支路的结构图如图2-32(a)所示。7/25/20219共38页流经R2的电流i=i1+i2，R2的端电压为uc，故可画出其结构图如图2-32(b)所示。按照该电路信

6、号传递的顺序，将上述结构图连成图2-32(c)，可得到该电路的结构图。图2-32例2-12的结构图7/25/202110共38页例2-13位置随动系统如图2-33所示。试画出系统的结构图。解:当位置随动系统工作时，由电位器R1、R2组成的角位移误差检测器检测出输入轴、输出轴的转角θr和θc，并产生与误差角θe=θr-θc成比例的电压us，us经放大器放大后加到电动机上，电机的轴经减速器和输出轴相联，并同时带动电位器R的电刷移动，如果θc≠θr，则us≠0，放大后的电压ua驱动电机转动，使θe减小

7、，当θe=0时，即θc=θr时，电机停止转动，从而保证了输出轴跟随输入轴而变化。7/25/202111共38页1.根据系统中信号的传递顺序列写各元部件的微分方程。误差检测器：放大器：电动机：Ks为误差检测器的灵敏度。KA为放大器的电压放大系数。Kb--反电势系数，Cm--力矩系数，J--电动机轴的总等效转动惯量，f--电动机轴上的总等效粘性摩擦系数，j和f分别考虑了减速器及负载的转动惯量及粘性摩擦系数的影响。M--电磁转矩。减速器：i为减速器的减速比7/25/202112共38页2.对上述方程（

8、在零初始条件下）进行拉氏变换，并整理成标准变换式。7/25/202113共38页3.按标准变换式，画出各元件的结构图如2-34所示。图2-347/25/202114共38页3.按标准变换式，画出各元件的结构图如2-34所示。图2-347/25/202115共38页4.按照信号传递顺序，依次将上图中的各结构图连接起来，得到整个系统的结构图，2-35所示。图2-35位置随动系统结构图7/25/202116共38页1.串联连接方式的等效变换前一环节的输出量是后一环节的输入量的连接称为环节的串联。如下图