第2章 第3讲 控制系统的方框图及其化简fianl

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1、自动控制原理第3讲控制系统的结构图及其化简杨金显yangjinxian@hpu.edu.cn河南理工大学电气工程与自动化学院主要内容系统结构图绘制结构图等效化简结构图一、原理结构图（方块图）二、函数结构图形象直观地描述系统中各元件间的相互关系及其功能以及信号在系统中的传递、变换过程。依据信号的流向，将各元件的方块连接起来组成整个系统的结构图。！脱离了物理系统的模型!系统数学模型的图解形式结构图实质上是将原理图与数学方程两者结合起来，它是一种对系统的全面描写。三、结构图基本单元图模型的一个突出优点是直观、形象，是工程上用来分析复杂系统的重

2、要手段。结构图组成的四个基本单元：rt()ct()R(s)RsCs()()Rs()Cs()Gs()Rs()Cs()Cs()Cs()()a()b()c()d信号线引出点(分支点)比较点方框1、信号线：带有箭头的直线，箭头表示信号的传递方向，直线旁标记信号的时间函数或象函数。2、引出点(又叫测量点)：表示信号引出或测量的位置和传递方向。同一信号线上引出的信号，其性质、大小完全一样。3、比较点：对两个或两个以上的信号进行代数运算，“＋”表示相加，常省略，“－”表示相减。4、方框：表示典型环节或其组合，框内为对应的传递函数，两侧为输入、输出信号线

3、。Ys()RsGs()()R例1画出下列RC电路的结构图解：由图利用基尔霍夫电压定律得：uiCuoiuu（a）ioi一阶RC网络RUi(s)I(s)Lx-U(s)o（b）u(s)u(s)ioi(s)R由电容元件特性可得：I(s)Uo(s)U(s)ixidtu－oU(s)Co（d）积L分Ui(s)I(s)变相同x定的信-换理号线Uo(s)连接（b）I(s)I(s)U(s)U(s)oosC（c）例2绘制无源网络的结构图I(s)uruci1R1C21i2dti1R1RCI11iiiurR2uC12ui

4、Rc2Ur(s)x1I1(s)Ur(s)I1(s)R1UC(s)-R1UC(s)I(s)1I(s)RIs()I2(s)2111RCsCs1例2绘制无源网络的结构图I(s)I(s)I1(s)I2(s)Is1()x+I2(s)UC(s)I(s)R2I(s)RUC(s)2Ur(s)1I1(s)IUC(s)×RCs2RR1×2-1UC(s)例3画出下列RC网络的结构图RR12Ur(s)UC(s)I(s)1(1)1uRuri1C1i2C2c1I1(s)I2(s)U(s)(2)C1sC1(a)电路图U(s)U(s)

5、C1cI(s)(3)2R2I(s)2U(s)(4)csC2R1UC1(s)R2U(s)11U(s)rcI(s)sCI(s)sC2112(b)运算电路图Ur(s)UC(s)I(s)1(1)1R1例3画出下列RC网络的结构图I1(s)I2(s)U(s)(2)C1sC1U(s)U(s)I(s)C1c(3)2R2I(s)U(s)2(4)csC②2①-③I2(s)④U(s)I1(s)UC1(s)Uc(s)r1111xxxRsCRsCC112A2--BUC(s)Uc(s)1（c）方块图在RC之间加

6、入输入阻抗很大而输出阻抗很小的隔离放大器RR12隔Ur(s)11离11Uc(s)xR1ursCC11放KxC2R2ucsC2大器（a）结构图的等效变换结构图的等效变换四、结构图的等效变换和简化[定义]：在结构图上进行数学方程的运算。[类型]：①环节的合并；串联并联反馈连接结构图的等效变换结构图的等效变换四、结构图的等效变换和简化②信号引出点或比较点的移动。[原则]：变换前后环节的数学关系保持不变。XXX1X21G(S)2G(S)X1X11/G(S)串联运算规则串联运算规则几个环节串联，总的传递函数等于每个环节的传几个环节串联，总的传递函数等

7、于每个环节的传递函数的乘积。递函数的乘积。例例44：隔离放大器串联的：隔离放大器串联的RCRC电路电路R1uR1隔离放大器2i1i2uurC1Cc2U(s)11c()(K)()U(s)RCs1RCs1r1122K(RCs1)(RCs1)1122并联运算规则同向环节并联的传递函数等于所有并联的环节传递同向环节并联的传递函数等于所有并联的环节传递函数之和。函数之和。反馈运算规则E(s)C(s)R(s)G(s)B(s)H(s)前向通道传递函数：输入端所对应的比C(s)较器的输出E(s)到输出端C(s)间的G(s)E(s)所有传递函

8、数的乘积，记为G(s)反馈通道传递函数：输出C(s)到输B(s)入端所对应比较器的反馈信号B(s)之H(s)间的所有传递函数之乘积，记为H(s)C(s)开环传递函数：前向通道与