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控制系统架构图

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2.3 控制系统的结构图方框图2

2.3 控制系统的结构图方框图2

R(s)
E(s)
G(s)
－ ＋ B(s)
H(s)
（a）
C(s)
反馈连接
R(s) （b）
C(s)
上述三种基本变换是进行方框图等效变换的基础。对于 较复杂的系统,例如当系统具有信号交叉或反馈环交叉时,仅靠 这三种方法是不够的
信号相加点和信号分支点的等效变换
对于一般系统的方框图，系统中常常出现信号或反 馈环相互交叉的现象，此时可将信号相加点或信号分 支点作适当的等效移动，先消除各种形式的交叉，再 进行等效变换即可。
C(s) R(s) G1 (s) G2 (s) G3 (s) G(s)
G1(s) G2 (s)
C2 (s)
C1(s)
C(s)
G3 (s) （a）
C3 (s)
并联环节的等效传递函数等于
所有并联环节传递函数的代数和
n
G(s) Gi (s) n为相并联的环节数 i 1
（3）反馈连接 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）
奉献教育店铺对于一般系统的方框图系统中常常出现信号或反馈环相互交叉的现象此时可将信号相加点或信号分支点作适当的等效移动先消除各种形式的交叉再进行等效变换即可
第二章 线性系统的数学模型
2.3 控制系统的结构图/方框图
（2）并联连接
R(s)
G1(s)C1(s)源自C2 (s) G2 (s)
R(s)
C(s)
G3 (s)
C3 (s)
（a）
G(s) （b）
C(s)
并联连接的特点： 各环节的输入信号是相同的，均为R(s)，
输出C(s)为各环节的输出之和。
C(s) C1 (s) C2 (s) C3 (s) G1 (s)R(s) G2 (s)R(s) G3 (s)R(s) R(s) [G1 (s) G2 (s) G3 (s)]R(s)

控制系统的组成和描述.ppt.ppt

控制系统的组成和描述.ppt.ppt
第二节 控制系统的 组成和描述
一、开环控制系统的组成和描述 二、闭环控制系统的组成和描述
回忆 飞镖的控制过程？
期望值 大脑
输入量
控制器
肢体
执行器
飞镖 落点
被控对象
输出量
1、系统的输出量仅受输入量控制 2、控制系统的输出量对系统的控制不产生任何影响 3、输入量到输出量之间的信号是单向传递。
简单开环控制系统的方框图
问题：根据空调器的工作过程，试画出其温度控制系统的方框图。
如设定温度为25oC，室内温度如果高于25oC，那么空调通 过比较，控制电路发出信号促使压缩机进行工作；
当温度达到25oC时，控制电路发出信号，压缩机停止工 作，风扇照常工作。
因此，空调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息 反馈，它是闭环控制系统。
1．李鸿章1872年在上海创办轮船招商局，“前10年盈和，成
为长江上重要商局，招商局和英商太古、怡和三家呈鼎立
之势”。这说明该企业的创办
()
A．打破了外商对中国航运业的垄断
B．阻止了外国对中国的经济侵略
C．标志着中国近代化的起步
D．使李鸿章转变为民族资本家
解析：李鸿章是地主阶级的代表，并未转化为民族资本家； 洋务运动标志着中国近代化的开端，但不是具体以某个企业 的创办为标志；洋务运动中民用企业的创办在一定程度上抵 制了列强的经济侵略，但是并未能阻止其侵略。故B、C、D 三项表述都有错误。 答案：A
(2)特点：进程曲折，发展缓慢，直到20世纪30年代情况才发生变 化。
3．交通通讯变化的影响 (1)新式交通促进了经济发展，改变了人们的通讯手段和 ，出行 方式转变了人们的思想观念。
(2)交通近代化使中国同世界的联系大大增强，使异地传输更为便 捷。

自动控制原理 控制系统的结构图

自动控制原理 控制系统的结构图
其他变化（比较点的移动、引出点的移动）以此三种 基本形式的等效法则为基础。
12
（1）串联连接
R( s )
U (s) 1
G (s) 1
G (s) 2
C( s )
R(s)
C(s)
G(s)
（a）
（b）
特点：前一环节的输出量就是后一环节的输入量
U1(s) G1(s)R(s) C(s) G2 (s)U1(s) G2 (s)G1(s)R(s)
注意：进行相加减的量，必须具有相同的量纲。
X1 +
+
X1+X2 R1(s)
-
R1(s)R2(s)
X1
X2
R2(s)
X3
X1-X2 +X3 -
X2
4
(4) 引出点（分支点、测量点） 表示信号测量或引出的位置
R(s)
G (s) 1
X(s)
G (s) 2
C(s)
X(s) 引出点示意图
注意：同一位置引出的信号大小和性质完全一样
G(s)
分支点（引出点）前移
C(s) C(s)
引出点后移
R(s)
G(s)
R(s)
分支点（引出点）后移
R(s)
G(s)
C(s)
G(s)
C(s)
C(s) R(s)G(s)
G(s) R(s)
C(s) R(s)
C(s) R(s)
G1(s)G2
(s)
G(s)
结论：
n
G(s) Gi (s) n为相串联的环节数 i 1
串联环节的等效传递函数等于所有传递函数的乘积
13
（2）并联连接
G1 (s)

控制系统的结构图与信号流图.ppt

控制系统的结构图与信号流图.ppt
-
C2s
1 I1(s) - 1 u(s)
R1
I (s) C1s
1 R2C2s +1
uo (s)
ui (s)
-
-1
R1
R1C2 s
1 u(s)
C1s
1 R2C2s +1
uo (s)
ui (s) -
14:45
1
- R1
R1C2 s
1 u(s)
C1s
1 R2C2s +1
uo (s)
ui (s) -
1 R1C1s + 1
u1 ( s )

[
I1 ( s)

I2
(s)]
1 sC1

I
2
(
s)


u1(s) uC R2
(s)
uC
(s)

I2
(s)

1 sC2
i1 R1 u1 R2 i2
ur
1 sC1
1 sC2
uc
14:45
有变量相减，说明存在反馈和比较，比较后的信号一 般是元件的输入信号，所以将上页方程改写如下相乘 的形式：
等效变换： 被变换部分的输入量和输出量 之间的数学关系，在变换前后 保持不变。
14:45
（1）串联
R(s)
两个F(环s) 节串C联(s) 的R等(s)效变换：C1(s)C(s)
G1(s)
RG(s2()GsG)11((ss))GC2(1s()s)CG(Gs2()s1)(s)C(s) G2(s)
不是串C联1(s！)=R(s)G1(s也) 不是串联！
- 1/R2 UC(s)
I2(s)1/sC2

现代控制2-3 系统方框图

现代控制2-3 系统方框图
31
实例2.
R(s) G(s)
＋
C(s) 比较点后移 Q(s)
C(s) R(s) Q(s) G(s)
＋
G(s)
C ( s ) = [ R ( s ) ± Q ( s )]G ( s ) = R ( s )G ( s ) ± Q ( s )G ( s )
32
实例3.
R(s) G(s) C(s) C(s)
2
干扰 温度 给定值 控制器 温度测量值 温度传感器 调节阀 加热水箱 输出
干扰 温度 给定值 输出
Gc(s)
温度测量值
Gv(s)
Gp(s)
Gf(s)
3
2.3.1 结构图的组成
控制系统的结构图由许多对信号进行单向运算 的方框和一些信号流向线组成 (1)信号线：带有箭头的直线，箭头表示信号的流 向，在直线旁标记信号的时间函数或象函数。
V2(s) R(s) V2(s) R(s) E1(s) (-) V1(s) R(s) C(s) 或 V2(s) C(s) (-) V1(s) C(s) (-) V1(s)
34
（6）负号的移动
负号可以在回路中任意移动，但不能越过 任何一个引出点或比较点。 R(s)
∓
E(s)
G(s) H(s)
C(s)
-1
35
原则
变换前后，要保证信号的等效性（传递函数不变性）
结构图等效变换方法
三种典型结构可直接用公式 相邻综合点可互换位置、可合并… 相邻引出点可互换位置、可合并…
注意
不要试图交换引出点和比较点的位置
36
【例2.3.4】根据结构图求传递函数C(s)/R(s) H2 R(s) G1 G2 G3 H3 H1
39

自动控制原理控制系统的结构图

自动控制原理控制系统的结构图

I1(s)
I2 (s)
CR1s
7
i2
C
i
i1 R1
ui
R2
uo
（3）
I(s) I1(s) I2 (s)
I2 (s)
I (s)
I1(s)
（4）U o (s) R2 I (s)
I (s)
Uo (s)
R2
8
（1）Ui (s)
（3）
- Uo(s)
I2 (s)
（2）
1
I1(s)
I1(s)
I2 (s)
－ Uo (s)
（d）
将图（b）和(c)组合起来即得到图(d)，图(d)为该 一阶RC网络的方框图。
11
2.3.3 系统结构图的等效变换和简化
为了由系统的方框图方便地写出它的闭环传递函 数，通常需要对方框图进行等效变换。
方框图的等效变换必须遵守一个原则，即： 变换前后各变量之间的传递函数保持不变
在控制系统中，任何复杂系统的方框图都主要由 串联、并联和反馈三种基本形式连接而成。
u
o
idt c
对其进行拉氏变换得：
I (s)
U
o
(s)
U
i (s)
I (s) sC
U R
o
(s)
(1) (2)
10
I (s)
U
o
(s)
U
i (s)
I (s) sC
U R
o
(s)
(1) (2)
Ui (s)
I(s)
（b）
Uo (s)
I(s)
（c）
Uo (s)
Ui (s)
I(s)
Uo (s)

控制系统的方框图

控制系统的方框图

G6
例：
R(s) G1 G2 G3 G5 G7 G4
C(s)
分析方框图中，出现三个环且其中两环出现交叉。 如解除交叉，则可方便简化 可见：移动G6分支所在取出点，则可使问题简化。
解：
R(s) G1
G6
G2
1/G4 C(s) G3 G5 G4
G7
G6/G4
R(s)
G1
G2
G3G4 1+G3G4G5
信号只能沿箭头方向流通，即信号的传递具有单向性。
引出点：信号引出或测量的位置
表示信号从该点取出。注意，从同一信号 线上取出的信号，大小和性质完全相同。 比较点： 表示两个或两个以上信号在该点相加 （+）或相减（-）。 注意，比较点处信号的运算符号（正、负）必须 标明，一般不标明则取正号。 方框：（环节） 表示输入、输出信号之间的动态传递关系，有 运算关系： Y（S）=G（S）X（S）
3． 反馈联接
R(s)
E(s) B(s)
G(s）
C(s)
H（s）
主通道：由输入信号开始经G(S)到输出通道称为主 通道，也称前向通道。 反馈通道：由取出点经反馈装置到主反馈 B(S)的通 道称为反馈通道，也称反馈通路。 可见：E(S)=R(S)-B(S)为偏差信号
几个定义： 开环传递函数：主反馈信号与偏差信号之比 GK(S)=B(S)/E(S)
① N（s）=0时（无扰动）
E（s）=R（s）-B（s） = R（s）-H（s）C（s） = R（s）-H（s）G1（s）G2（s）E（s）
E( s) B( s) H ( s)C( s) H ( s)G2( s)[N ( s) G 1 ( s) E( s)] E2 ( s) H ( s)G2( s) N ( s) 1 G 1 G2H ( s)

第2章第4节控制系统的结构图

第2章第4节控制系统的结构图
R（s） G1(s) U（s） G2(s) C（s） R（s） G1(s) G2(s) C（s）
C ( s ) = G 2 ( s )U ( s ) = G 2 ( s )G1 ( s ) R ( s ) = G ( s ) R ( s ) G( s) = G1 ( s)G2 ( s)
推广到n个方框串联连接
+ ψ 电位器1 up 放大器 电动机 If 励磁绕组 电位器2 Ia 发电机原动机 发电机 齿轮传 动机构 φ 负载
J.Z. Xiao, CEIE, HBU
随动系统原理结构图
6
（1）电位器组：
u p = k p (ψ − ϕ)
ψ(s) -
U p ( s ) = k pψ ( s ) − k p ϕ ( s )
ψ(s) kp
UP(s) ka -
I f (s) 1 R f (Tf s + 1)
kg
1 kd (TaTm s 2 + Tm s + 1)
kp
ω(s)
kt s
φ(s)
J.Z. Xiao, CEIE, HBU
随动系统结构框图
9
三、结构图的等效变换
等效变换原则： 变换前后各变量之间的传递关系保持不变。 三种基本连接形式： 串联、并联和反馈 1、串联连接的等效传递函数
§2.4 控制系统的结构图(方框图)
结构图的组成 结构图的绘制 结构图的等效变换
由代数关系，是否可将复杂系统视为其 各子系统间的输入输出连接形式呢？
R1
L
C1
R2
ui (t )
′ uo (t )
ui′(t )
C2
uo (t )
组合后的 系统模型 是什么？

自动控制原理控制系统的结构图

自动控制原理控制系统的结构图

R(s)
＋
C(s) G(s)
Q(s)
C(s) R(s)G(s) Q(s)
[R(s) Q(s) ]G(s) G(s)
R(s)
C(s) G(s)
＋
Q(s)
G(s)
C(s) [R(s) Q(s)]G(s)
R(s)G(s) Q(s)G(16s)
（5）引出点的移动（前移、后移）
引出点前移
R(s)
20
[例]已知系统结构图，求传递函数 G(s) C(s)
R(s)
G4 s
Rs
G1s
G2 s
G3 s
H s
Cs
21
例：系统动态结构图如下图所示， 试求系统传递函数C(s)/R(s)
本题特点：具有引出点、综合交叉点的多回路结构。 解题思路：消除交叉连接，由内向外逐步化简。 解题方法一
22
23
C(s) H( s )
(3)开环传递函数 Open-loop Transfer Function
－－假设N(s)=0
反馈信号B(s)与误差信号E(s)之比
B(s) E(s) G1 (s)G2 (s)H (s) G(s)H (s)
29
控制器
N( s )
被控 对象
+ E( s)
++
C(s)
R( s )
(6)输出对扰动的传递函数 假设R(s)=0
N(s)
-
G2 (s)
C(s) 利用公式（1），直接可得：
G1(s)
H(s)
输出对扰动的结构图
MN
(s)
C(s) N (s)
G2 (s) 1 G(s)H (s)
32

控制系统的结构图与信号流图107页PPT

控制系统的结构图与信号流图107页PPT
控制系统的结构图与信号流图
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
Байду номын сангаас
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿

液压控制系统图

液压控制系统图
0—20%额定工作压力范围内变化 2% 3) 温度零漂
工作油温度变化40度，<2% 4) 零位电流零漂
额定电流范围内变化2%
7．滞环
输入电流缓慢的在正负额定电流之间作循环时，产生相同输出流量的输入 电流的最大差值与额定电流的百分比。磁滞及机械游隙引起
图4.11 滞环
8．名义流量曲线 伺服阀流量曲线中点轨迹线
S1 S2 % S1
11.分辨率（灵敏度）
使输出流量发生变化所需的输入电流最小值与额定电流的百分比。
一般规定，从输出流量的增加状态回到输出流量减小状态所需电流增量
12.压力增益
在压力特性曲线上某点作某段的斜率为压力增益。 通常规定为最大负载压降 40%之间负载下降对输入电流曲线的平均斜率
13．频率特性
2）负载流量反馈 3）负载压力反馈 4）动压反馈 3、三级伺服阀
图4.3 力反馈两级伺服阀
图 动铁式单级伺服阀
图 动圈式单级伺服阀
图 力反馈两级伺服阀
1
N
S
7
4
2
3
xf
9 10
11
12
xv 5
6
13 p0
A
B
ps
图 直接反馈两级伺服阀
图 弹簧对中式两级伺服阀
1
N
S
7
4
2
3
xf
9 10
p0
图4.2 电液伺服阀基本结构图
2、构成：电液伺服阀由以下几部分组成： （1）力矩马达：将电流i转换为力矩Td（或Fd）； （2）力矩位移转换装置：将力矩Fd转换为挡板位移Xf； （3）中间级液压放大器：推动滑阀阀芯（功率级）； （4）功率级液压放大器：输出QL、PL。

控制系统结构框架图

控制系统结构框架图

一．控制系统结‎构框架图数据总线由‎用于RS-485通信‎的双绞线和‎一根数据发‎送允许控制‎线——使能控制线‎组成。

示意图如下‎：二．数据总线原‎理当某个PL ‎C 需向其他‎P L C 发送‎数据时，首先判断I ‎0.0是否为高‎电平，如果为高电‎平，说明总线处‎于空闲状态‎，那么首先将‎Q 0.0输出口导‎通，把使能找到‎的电平拉去‎，如果判断为‎低电平，则要一直要‎等到使能线‎上的电平为‎高时，才能发送数‎据，此种方法好‎处是每个单‎元都可作为‎主站或从站‎，串口数据由‎固定顺序的‎4个字节组‎成（数据1、数据2、数据3、数据4）主控板发送‎出的数据的‎含义数据1：主控板标志‎设定为0x‎aa数据2：电梯位于的‎楼层值数据3：电梯的运行‎方向数据4：电梯预到达‎的楼层楼层单元板‎发送数据的‎含义数据1：单元板标志‎设定为0x‎55数据2：乘坐者位于‎的楼层数据3：乘坐者预到‎的楼层数据4：乘坐者坐电‎梯的方向，向上运行设‎定为0x6‎6,向下运行设‎定为0x9‎9接受到数据‎后的运算处‎理：主控板PL‎C接收完成‎一组数据，首先判断数‎据4的值，若为0x6‎6，时将数据2‎和数据3的‎值保存在V‎B2—VB6的存‎储器中，方法是：如果数据等‎于（a）,则VB(a)=0×66，若为0×99，则将数据2‎和3的值保‎存在VB1‎1—VB15.楼层单元板‎P LC接收‎完一组数据‎后，要先判断数‎据1的值，若为0xa‎a说明是主‎控P LC发‎来的数据，则把数据2‎和数据3送‎给显示模块‎，判断数据4‎的值，点亮相对应‎的指示灯，若为0x5‎5，则说明是楼‎层单元PL‎C发来的数‎据，则判断数据‎2和数据3‎的值，点亮相对应‎的指示灯。

三．电梯运行状‎态的控制电梯上点后‎，首先进行自‎检，包括厅门是‎否关闭，车厢门是否‎关闭，电梯是否为‎于正确的楼‎层位置，然后电梯自‎动运行到都‎正常的状态‎，（厅门关闭、车厢门关闭‎，读取到正常‎的楼层信息‎）静止下来，等待命令电梯在静止‎状态时，接收到的楼‎层单元发来‎的信息，判断数据2‎的大小，如果小于电‎梯位于的楼‎层值，电梯向下运‎行，否则电梯向‎上运行，电梯在运行‎的状态下，实时接收各‎楼层单元发‎来的数据并‎进行相应的‎处理，向下运行时‎，不断检测V‎B11—VB15，存储器中的‎值，在到达对应‎的楼层时停‎靠，并清零对应‎的存储器的‎值，直至VB1‎为零，电梯暂停，系统开始判‎断V B2—VB6中是‎否有存储器‎的值为0x‎66，如果有时开‎始向上运行‎，到达相应的‎楼层。

2.4 控制系统结构图与信号流图

2.4 控制系统结构图与信号流图
（7）不接触回路 一信号流图有多个回路，各回路之间 没有任何公共节点，则称为不接触回路，反之称为接 触回路。 信号流图可以根据系统微分方程绘制，也可以由系统 结构图按照对应关系得出。
（二）用梅逊(S.J.Mason)公式求传递函数
借助于梅逊公式，不经任何结构变换，便可以得到 系统的传递函数。
梅逊公式的表达式为：
•
•
3. 对多回路结构，可由里向外进行变换，直至变换 为一个等效的方框，即得到所求的传递函数。
二、控制系统的信号流图
信号流图和结构图一样，都是控制系统中信号传递关 系的图解描述。
图2-52 多回路系统
（一）信号流图的定义 信号流图是由节点和支路组成的信号传递网络。下 面介绍几个常用术语： （1）输入节点 只有输出支路的节点称为输入节点。它 一般表示系统的输入变量。
图2-50 图2-49系统结构图的变换
再对内回路再实行串联及反馈变换，则只剩一个主反馈 回路。如图2-50(c)。
最后，再变换为一个方框，如图2-50(d)，得系统总传递 函数：
GB ( s) G1G2G3G4 C ( s) R(s) 1 G2G3 H 2 G3G4 H 3 G1G2G3G4 H1
在回路增益中应包含代表反馈极性的正、负符号。
图2-52（b）中共有四个回路，故：
L L L
i 1 i 1
4
2
L3 L4
G1G2G3G4G5G6 H1 G2G3 H 2 G4G5 H 3 G3G4 H 4
四个回路中，只有Ⅱ、Ⅲ回路互不接触，没有重合的部分。
L L
如图2-39所示。n个传递函数依次串联的等效传递函数， 等于n个传递函数的乘积。 （2）并联连接的等效变换 G1(s)与G2(s)两个环节并联连接，其等效传递函数等于 该两个传递函数的代数和，即： G(s)= G1(s)±G2(s) 等效变换结果见图2-40(b)。 (2.82)

开环控制系统方框图20例

开环控制系统方框图20例

开环控制系统方框图20例
1、水泵抽水控制系统
2、家用窗帘自动控制系统
3、宾馆自动门控制系统
4、楼道自动声控灯装置
5、游泳池定时注水控制系统
控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量
6、十字路口的红绿灯定时控制系统
7、公园音乐喷泉自动控制系统
8、自动升旗控制系统
9、宾馆火灾自动报警系统
10、宾馆自动叫醒服务系统
11、活动猴控制系统
控制量
控制量 控制量 控制量 控制量
控制量
12、公共汽车车门开关控制系统
13、家用缝纫机缝纫速度控制系统
14、根据车流量大小自动改变红绿灯时间控制系统
15、普通全自动洗衣机控制系统
16、手电筒控制装置
17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统
控制量
（压缩空
控制量
控制量
控制量 控制量
输入量 （压力传感器是否测到压力异常信号） 控制量
18、可调光台灯控制系统
19、电吹风控制系统
20、普通电风扇控制系统
控制量 控制量 控制量。

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