[信息与通信]自动控制原理课件大全.ppt

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1、自动控制原理自动化学院PrinciplesofAutomaticControl第四节结构图与信号流图结构图的组成和绘制结构图的等效变换→求系统传递函数信号流图的组成和绘制MASON公式→求系统传递函数第四节结构图与信号流图结构图的组成和绘制什么是结构图？？控制系统的结构图是表示系统各元件特性、系统结构和信号流向的图示方法将方块图中各时间域中的变量用其拉氏变换代替，各方框中元件的名称换成各元件的传递函数,这时方框图就变成了动态结构图，简称结构图，即传递函数的几何表达形式????结构图的组成信号线：带有箭头的直线，箭头表示信号的流向，在直线旁边标有信号的时间函数或象函数。一条信号线上的信号处

2、处相同。G(s)X(s)Y(s)方框：表示对信号进行的数学变换，方框内的函数为元件或系统的传递函数。X(s)第四节结构图与信号流图比较点(综合点、相加点)：表示对两个以上的信号进行加减运算，加号常省略,负号必须标出;进行相加减的量,必须具有相同的量纲。引出点:表示信号引出或测量的位置，同一位置引出的信号大小和性质完全相同。第四节结构图与信号流图第四节结构图与信号流图4相邻比较点的处理结构图的等效变换1三种典型结构的变换3相邻引出点的处理2比较点和引出点的移动变换二结构图的等效变换G1G2G2G1GHG1G2G1G2GGH1串联并联反馈++等效方框+(a)(b)(c)+1三种典型结构直接进

3、行变换第四节结构图与信号流图原则：保持移动前后封闭域输入输出关系不变。引出点前移比较点后移G(s)G(s)X2(s)X1(s)X3(s)+-G(s)X1(s)X3(s)X2(s)+-移动的支路上乘以它所扫过方框内的传函G(s)X1(s)X2(s)G(s)G(s)X2(s)X1(s)2引出点和比较点的移动变换第四节结构图与信号流图引出点后移比较点前移移动的支路上乘以它所扫过方框内的传函的倒数。G(s)X1(s)X2(s)G(s)X2(s)X1(s)G(s)+-+-第四节结构图与信号流图3相邻引出点可互换位置、可合并abab4相邻比较点可互换位置、可合并abab第四节结构图与信号流图1变换目

4、的：是为了得到系统的传递函数。与传递函数的代数运算等价，通过代数运算也可以得到同样的结果。需要说明的两点：2在走投无路时，记住等效代数化简是最根本的方法，它可以解决你在图形变换法中解决不了的各种疑难问题。第四节结构图与信号流图用最少的步骤将系统结构图化成由三种基本结构组成的图形，然后通过串联和并联变换化简信号通道，通过反馈回路变换化简回路（记住公式）。通过比较点和引出点的移动(向同类移动,并利用可交换性法则）,解除回路之间互相交连的部分,从而简化结构图结构图等效变换思路第四节结构图与信号流图变换技巧一：向同类移动引出点向引出点移动，比较点向比较点移动。移动后再将它们合并，以减少结构图中引

5、出点和比较点的数目。一般适用于前向通道。结构图等效变换技巧第四节结构图与信号流图引出点移动G1G2G3G4H3H2H1abG1G2G3G4H3H2H1G41请你写出结果,行吗？向同类移动G2H1G1G3比较点移动G1G2G3H1G2无用功向同类移动G1例1两级RC电路结构图的等效变换。R1C2Ur(s)Uc(s)C1R2注意：绘制系统结构图的步骤1/R11/sC11/R21/sC2UC(s)U1(s)I1(s)I2(s)--U1(s)-UC(s)I2(s)Ur(s)注意图形等效后面的代数辅助运算变换技巧二：作用分解同一个变量作用于两个比较点，或者是两个变量作用于同一个方框，可以把这种作用

6、分解成两个单独的回路，用以化解回路之间的相互交连。一般适用于反馈通道。第四节结构图与信号流图G1G4H3G2G3H1H1H3G1G4G2G3H3H1作用分解注意图形等效后面的代数辅助运算先简化红线框例2根据结构图求系统传递函数注意图形等效后面的代数辅助运算注意图形等效后面的代数辅助运算注意图形等效后面的代数辅助运算注意图形等效后面的代数辅助运算注意图形等效后面的代数辅助运算反思：有没有更好的方法？解答：G1G2++++-RC例3求系统传递函数。PMN此图如采用结构图化简的方式，该怎么办？第四节结构图与信号流图用代数运算法求解,由结构图列写方程式：消去中间变量，可得系统传递函数：解：第四节

7、结构图与信号流图第四节结构图与信号流图结构图的等效变换小结第四节结构图与信号流图为什么要研究信号流图？对于复杂的控制系统，结构图的简化过程仍较复杂，且易出错。什么是信号流图？表示系统的结构和变量传送过程中的数学关系的图示方法。优点：直接应用梅逊公式就可以写出系统的传递函数，无需对信号流图进行化简和变换。由节点、支路组成基本组成：节点：节点表示信号，输入节点表示输入信号，输出节点表示输出信号。支路：连接节点之间的线段为支路。支路上箭头