自动控制原理_第2章_3.ppt

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1、2.3控制系统的方框图和传递函数本节介绍如下三个方面的内容：如何绘制方框图；利用变换规则化简方框图；根据方框图求取系统的传递函数。方框图是控制系统数学模型的又一种表达形式。12.3.1方框图的概念和绘制方框图是传递函数的图解化，方框图由函数方框、相加点、分支点和流线构成。2举例电枢控制直流电机的传递函数为：其方框图如下图所示：3函数方框4相加点-5+6分支点分支点表示信号的引出和测量位置。7举例一个简单的闭环负反馈控制系统方框图-分支点相加点8建立系统方框图的步骤建立环节的微分方程；在零初始条件下，求取各环节的传递函数

2、；画出各环节的函数方框；按信号传输方向连接各函数方框。9【例2-10】一个滤波网络如下图所示，为系统的输入，为系统的输出，绘制该系统的方框图。10【解】在网络中加入参考电流方向如图。将各元件写成复阻抗的形式11右（输出）左（输入）12将上述各式写成比值的形式，得：右（输出）左（输入）13按照上述各式，从下到上（对应从左到右）可得下列方框图：---14将上述方框图连接起来，得：---这就是本系统的方框图。152.3.2方框图的变换规则方框图需要通过变换进行化简，化简必须遵守等效原则。两个变量之间的数学关系不变，即传递函数

3、不变。方框图的变换规则16串联环节的化简17对于个串联环节，其传递函数分别为：则其等效环节的传递函数为：注意上述结论只有在环节间无负载效应时成立。后一个环节的接入会影响前一个环节的传递函数。18并联环节的化简++-19各环节传递函数的代数和。此结论也可推广至个环节。20对于个并联环节，其等效传递函数为21单回路反馈的化简-偏差信号输出信号反馈信号输入信号22前向通道从偏差信号到输出信号的通道称为前向通道。反馈通道从输出信号到反馈信号的通道称为反馈通道。-前向通道反馈通道23前向通道的传递函数反馈通道的传递函数正反馈反馈

4、信号在相加点处取加号负反馈反馈信号在相加点处取减号24根据单回路反馈系统的方框图-可得：25消去中间变量，后可得：得单回路反馈系统的等效传递函数为：又称为反馈系统的闭环传递函数开环传递函数26综上所述，单回路负反馈系统的闭环传递函数为：前向通道传递函数1+开环传递函数单回路正反馈系统的闭环传递函数为：前向通道传递函数1-开环传递函数27相加点和分支点的移动相加点和分支点的移动也要遵循变换前后输入信号和输出信号不变的原则。1相加点前移++-ABC没移动以前28++-ABC++-ABC移动以后292相加点后移+-ABA-B

5、AG-BG+-AGBAG-BGABG303相加点之间的移动++-ABCD+-+++-ABCD+-+上述移动完全等价314分支点前移325分支点后移336相邻分支点之间的移动AAAAAAAAAA34非单位反馈系统单位反馈系统--35本次课内容总结控制系统的方框图和传递函数方框图的概念和绘制；方框图的变换规则。36