自动控制原理结构图PPT推荐.ppt

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，无零点。

11）（TssG）（）（）（trtcdttdcT01tec（t）TtTsssTssRTssC/111111）（11）（j01/T单位阶跃响应单位阶跃响应:

30tc（t）3.3.积分环节积分环节微分方程式：

0.6320.8650.950.9821.0tdrTtc0）

（1）（T2T3T4T传递函数：

TssG1）（阶跃响应曲线是按指数阶跃响应曲线是按指数上升的曲线。

上升的曲线。

RC滤波电路，忽略电枢电感的直流电动机等。

滤波电路，忽略电枢电感的直流电动机等。

01tec（t）Tt4单位阶跃响应：

单位阶跃响应：

tTtc1）（r（t）t01c（t）t01TsTssC11）（当输入阶跃函数时，该环节的输出随时间直线增长，增长速度由1/T决定。

当输入突然除去，积分停止，输出维持不变，故有记忆功能。

4.4.微分环节微分环节微分方程式为：

微分方程式为：

dttdrTtc）（）（5TsTssC1）（c（t）=T（t）由于阶跃信号在时刻由于阶跃信号在时刻t=0有一跃变，有一跃变，其他时刻均不变化，所以微分环节对其他时刻均不变化，所以微分环节对阶跃输入的响应只在阶跃输入的响应只在t=0时刻产生一时刻产生一个响应脉冲。

个响应脉冲。

理想的微分环节在物理系统中很少独立存在，理想的微分环节在物理系统中很少独立存在，常见的为带有惯性环节的微分特性，传递函数为：

常见的为带有惯性环节的微分特性，传递函数为：

1）（21sTsTsG传递函数为：

传递函数为：

G（s）=Ts单位阶跃响应：

r（t）t01c（t）t0T6）（）（）

（2）（222trtcdttdcTdttcdT传递函数为传递函数为：

121）（22TssTsG2222）（nnnsssG或或式中，式中，T0，01，n=1/T，T称为振荡环节的称为振荡环节的时间常数，时间常数，为阻尼比，为阻尼比，n为无阻尼振荡频率。

振荡为无阻尼振荡频率。

振荡环节有一对位于环节有一对位于s左半平面的共轭极点：

左半平面的共轭极点：

dnnnjjs22,115.5.振荡环节振荡环节微分方程式为：

7单位阶跃响应单位阶跃响应：

）sin（111）（2tetcdtn式中，式中，=cos1。

响应曲线是按指数衰减振荡的，故。

响应曲线是按指数衰减振荡的，故称振荡环节。

称振荡环节。

c（t）t01ns1s2jdnj086.6.延迟环节延迟环节微分方程式为：

c（t）=r（t）传递函数为：

G（s）=es单位阶跃响应：

sesCs1）（c（t）=1（t）r（t）t01c（t）t0192-62-6系统的结构图系统的结构图系统的结构图系统的结构图2.6.12.6.1结构图的定义及基本组成结构图的定义及基本组成1.1.结构图的定义结构图的定义定义定义定义定义:

由具有一定函数关系的环节组成的，并由具有一定函数关系的环节组成的，并标明信号流向的系统的方框图，称为系统的结构图。

标明信号流向的系统的方框图，称为系统的结构图。

例如讨论过的直流电动机转速控制系统，用方例如讨论过的直流电动机转速控制系统，用方框图来描述其结构和作用原理，见图。

框图来描述其结构和作用原理，见图。

放大器放大器电动机电动机测速机测速机urufuae+-10Ka1/keTaTms2+Tms+1KfUr（s）Uf（s）Ua（s）（s）E（s）+把各元件的传递函数代入方框中去，并标明两把各元件的传递函数代入方框中去，并标明两端对应的变量，就得到了系统的动态结构图。

端对应的变量，就得到了系统的动态结构图。

112.2.结构图的基本组成结构图的基本组成11）画图的）画图的44种基本元素如下：

种基本元素如下：

信号传递线信号传递线是带有箭头的直线，箭头表示信号的是带有箭头的直线，箭头表示信号的传递方向，传递线上标明被传递的信号。

传递方向，传递线上标明被传递的信号。

r（t）,R（s）分支点分支点表示信号引出或测量的位置，从同表示信号引出或测量的位置，从同一位置引出的信号在数值和性质方面完全相同。

一位置引出的信号在数值和性质方面完全相同。

r（t）,R（s）r（t）,R（s）12方框方框表示对信号进行的数学运算。

方框中写入表示对信号进行的数学运算。

方框中写入元部件的传递函数元部件的传递函数。

R（s）R（s）U（s）U（s）G（s）C（s）R（s）C（s）=G（s）R（s）+相加点相加点对两个以上的信号进行代数运算，对两个以上的信号进行代数运算，“+”号表示相加，可省略不写，“号表示相加，可省略不写，“”号表示相减。

”号表示相减。

1322）结构图的基本作用：

）结构图的基本作用：

（a）简单明了地表达了系统的组成和相互联系，可简单明了地表达了系统的组成和相互联系，可以方便地评价每一个元件对系统性能的影响。

以方便地评价每一个元件对系统性能的影响。

（b）信号的传递严格遵照单向性原则，对于输出对信号的传递严格遵照单向性原则，对于输出对输入的反作用，通过反馈支路单独表示。

输入的反作用，通过反馈支路单独表示。

（c）对结构图进行一定的代数运算和等效变换，可对结构图进行一定的代数运算和等效变换，可方便地求出整个系统的传递函数。

方便地求出整个系统的传递函数。

2.6.22.6.22.6.22.6.2结构图的绘制步骤结构图的绘制步骤结构图的绘制步骤结构图的绘制步骤

（1）列写每个元件的原始方程，要考虑相互间负载列写每个元件的原始方程，要考虑相互间负载效应效应。

（2）设初始条件为零，对这些方程进行拉氏变换，设初始条件为零，对这些方程进行拉氏变换，并将每个变换后的方程，分别以一个方框的形式将因并将每个变换后的方程，分别以一个方框的形式将因果果14关系表示出来，而且这些方框中的传递函数都应具有关系表示出来，而且这些方框中的传递函数都应具有典型环节的形式。

典型环节的形式。

（3）将这些方框单元按信号流向连接起来，就组成将这些方框单元按信号流向连接起来，就组成完整的结构图。

完整的结构图。

例例2-152-15画出下图所示画出下图所示RC网络的结构图。

网络的结构图。

RCu1u2解：

解：

（1）列写各元件的原始方程列写各元件的原始方程式式idtCuuRiu1221i15

（2）取拉氏变换，在零初始条件下，表示成方框形式取拉氏变换，在零初始条件下，表示成方框形式）

（1）（）（）（）（221sICssUsURsIsU（3）（3）将这些方框依次连接起来得图。

将这些方框依次连接起来得图。

U2（s）1CsI（s）1RI（s）U1（s）+U2（s）1RI（s）U1（s）+U2（s）U2（s）1Cs16G22（s）U（s）C（s）G11（s）R（s）U（s）由图可知：

由图可知：

U（s）=G1（s）R（s）C（s）=G2（s）U（s）消去变量消去变量U（s）得得C（s）=G1（s）G2（s）R（s）=G（s）R（s）2.6.32.6.32.6.32.6.3结构图的基本连接形式结构图的基本连接形式结构图的基本连接形式结构图的基本连接形式1.1.三种基本连接形式三种基本连接形式

（1）串联串联。

相互间无负载效应的环节相串联，即前一。

相互间无负载效应的环节相串联，即前一个环节的输出是后一个环节的输入，依次按顺序连接。

个环节的输出是后一个环节的输入，依次按顺序连接。

G11（s）G22（s）R（s）C（s）G22（s）U（s）C（s）17故环节串联后等效的传递函数等于各串联环节传递故环节串联后等效的传递函数等于各串联环节传递函数的乘积。

函数的乘积。

（2）并联并联。

并联各环节有相同的输入量，而输出量等。

并联各环节有相同的输入量，而输出量等于各环节输出量之代数和。

于各环节输出量之代数和。

由图有由图有C1（s）=G1（s）R（s）C2（s）=G2（s）R（s）R（s）C（s）G11（s）C1（s）R（s）G22（s）C22（s）R（s）+18C（s）=C1（s）C2（s）消去消去G1（s）和和G2（s），得，得C（s）=G1（s）G2（s）R（s）=G（s）R（s）故环节并联后等效的传递函数等于各并联环节传递函故环节并联后等效的传递函数等于各并联环节传递函数的代数和。

数的代数和。

G11（s）G22（s）R（s）C（s）C1（s）G11（s）R（s）G22（s）C22（s）C（s）+19（3）反馈连接反馈连接。

连接形式是两个方框反向并接，如图所。

连接形式是两个方框反向并接，如图所示。

相加点处做加法时为正反馈，做减法时为负反馈。

示。

由图有由图有C（s）=G（s）E（s）B（s）=H（s）C（s）E（s）=R（s）B（s）消去消去B（s）和和E（s），得，得C（s）=G（s）R（s）H（s）C（s）R（s）C（s）G（s）H（s）B（s）E（s）+20上式称为闭环传递函数，是反馈连接的等效传递函数。

上式称为闭环传递函数，是反馈连接的等效传递函数。

G（s）1G（s）H（s）R（s）C（s）（）

（1）（）（）（sHsGsGsRsCG（s）：

前向通道传函：

前向通道传函H（s）：

反馈通道传函：

反馈通道传函H（s）=1单位反馈系统单位反馈系统G（s）H（s）：

开环传函：

开环传函R（s）C（s）G（s）H（s）B（s）E（s）+212.2.闭环系统的常用传递函数闭环系统的常用传递函数考察带有扰动作用下的闭环系统如图所示。

它代表考察带有扰动作用下的闭环系统如图所示。

它代表了常见的闭环控制系统的一般形式。

了常见的闭环控制系统的一般形式。

（11）控制输入下的闭环传递函数）控制输入下的闭环传递函数令令N（s）=0有有G1（s）R（s）C（s）+H（s）E（s）G2（s）N（s）+）（）（）

（1）（）（）（）（2121sHsGsGsGsGsRsCr22（22）扰动输入下的闭环传递函数）扰动输入下的闭环传递函数令令R（s）=0有有）（）（）

（1）（）（）（212sHsGsGsGsNsCn至此，可以给出求单回路闭环至此，可以给出求单回路闭环传递函数的一般公式为传递函数的一般公式为开环传递函数开环传递函数前向通道传递函数前向通道传递函数闭环传递函数闭环传递函数1式中负反馈时取“式中负反馈时取“+”+”号，正反馈时取“”号，正反馈时取“”号。

号。

（3）两个输入量同时作用于系统的响应）两个输入量同时作用于系统的响应）（）（）

（1）（）（）（）（）（）（）（）（21221sHsGsGsNsGsRsGsGsCsCsCnr23（44）控制输入下的误差传递函）控制输入下的误差传递函数数）（）（）（11）（）（21sHsGsGsRsEr（55）扰动输入下的误差传递函数）扰动输入下的误差传递函数）（）（）

（1）（）（）（）（212sHsGsGsHsGsNsEN（66）