自动控制原理 ppt课件

1、自动控制原理,第四讲,方框图简化方法,2020/11/19,3,内容提要,方框图简化,2020/11/19,4,回顾：控制系统的动态特性,控制系统随时间呈动态特性 描述动态特性最好的数学工具是微分方程,输入,时间轴,干扰,平衡状态,干扰,偏离平衡状态,重回平衡状态,自动调节,输出,2020/11/19,5,回顾：建立微分方程的方法,共三步： 确定系统的输入变量和输出变量 输入变量: 一般是干扰或者给定量 输出变量: 一般是被控制的变量 建立一组微分方程 机械系统用牛顿定律 电器系统用基尔霍夫定律 消除中间变量，建立输入与输出变量之间的微分方程,2020/11/19,6,回顾：传递函数,2020

2、/11/19,7,回顾：求系统传递函数的方法,Step 1: 分析系统，建立系统的微分方程 Step 2: 将微分方程的两边做Laplace变换 Step3: 求出系统的传递函数,2020/11/19,8,系统方框图,概念：一个系统可由若干环节按一定的关系组成，将这些环节以方框表示，其间用相应的变量及信号流向联系起来，即方框图 方框图结构要素: 1函数方框,输出,2020/11/19,9,2.相加点 3.分支点,2020/11/19,10,复杂控制系统的方框图,2020/11/19,11,复杂控制系统的方框图,输出,2020/11/19,12,方框图简化（方框图等效变换）,将复杂反馈系统的方框

3、图进行重新组织，便于系统分析 方框图简化: 6个规则,2020/11/19,13,1 串联环节的等效规则,X(s),Y(s),V(s),W(s),2020/11/19,14,2 并联环节的等效规则,V(s),W(s),2020/11/19,15,3 反馈连接及其等效规则,2020/11/19,16,注意比较,并联（parallel blocks）,闭环（closed loop）,2020/11/19,17,练习,2020/11/19,18,复杂方框图,R,C,s1,s2,s3,2020/11/19,19,4 分支点移动规则 （I）,X(s),Y(s),Y(s),2020/11/19,20,4

4、分支点移动规则 （II）,X(s),X(s),Y(s),2020/11/19,21,5 相加点移动规则 （I）,2020/11/19,22,5 相加点移动规则 （II）,X(s),Y(s),Z(s),2020/11/19,23,6 分支点之间、相加点之间相互移动规则 （I）,2020/11/19,24,6 分支点之间、相加点之间相互移动规则 （II）,2020/11/19,25,注意,等效变换规则能够简化方框图的形式. 等效变换规则不改变系统输入输出之间的传递函数,2020/11/19,26,方框图变换的步骤,Step 1: 简化所有串联部分 (rule 1) Step2: 简化所有并联部分

5、(rule 2) Step 3: 简化所有反馈回路 (rule 3) Step 4: 相加点左移，分支点右移 (rule 4-7),仅适用于单输入单输出系统,2020/11/19,27,2020/11/19,28,例子,2020/11/19,29,2020/11/19,30,练习1,2020/11/19,31,2020/11/19,32,2020/11/19,33,练习2,2020/11/19,34,2020/11/19,35,练习3,2020/11/19,36,2020/11/19,37,考虑扰动的反馈控制系统,2020/11/19,38,多输入单输出系统简化方法,保留其中的一个输入，令其它

6、输入为零 按单输入单输出系统简化方法简化 对所有其它输入重复上述过程 系统输出等于各输入与其对应的传递函数的乘积之和,2020/11/19,39,例子1,R,C,D,补充 二、典型环节的传递函数及其暂态特性 无论什么样的系统，它的传递函数都是一些基本因子相乘积而得到的。这些基本因子就是典型环节对应的传递函数。把复杂的物理系统划分为若干个典型环节，利用传递函数和框图来进行研究，这是研究系统的一种重要方法。 （1）比例环节（放大环节/无惯性环节） 特点：输入量与输出量的关系为一种固定的比例关系。,0,t,2020/11/19,41,（2）惯性环节 特点：只包含一个储能元件，使其输出量不能立即跟随输入量的变 化，存在时间上的延迟。 （3）积分环节 特点：输出量随时间成正比地无限增加。,y(t),r(t),2020/11/19,42,（4）振荡环节 特点：振荡的程度与阻尼系数有关。,0,（5）微分环节 特点：是积分环节的逆运算，其输出量反映了输入信号的变化趁势。 实践中，理想的微分环节难以实现。 常用的微分环节有：纯微分环节、一阶微分环节和二阶微分环节三种，相应的微分