自动控制原理胡寿松(课堂PPT)

便于求出其传递函数。 作用：对复杂系统，可以避免解线性方程组求传递函数。
为避免发生错误，在变换过程中应遵循的原则： ➢前向通道各环节传递函数的乘积保持不变； ➢闭合回路各环节传递函数的乘积保持不变； 1）串联环节的简化：多个环节串联的作用等于一个环节的作用。
(s)
的信号完全相同。通常这种情况出现在信号测量处，
所以也称为测量点。
➢比较点（或综合点）：若干信号的汇合点，经过加 （减）运算，形成一个新的信号。流入信号增加使流 ui (t)
e(t)
出信号增加，在线段旁注“+”；流入信号增加使流出 信号减小，在线段旁注“—” 。通常将“+”符号省
u f (t)
略。
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• 系统结构图的组成和绘制
系统结构图是以结构框图的形式，描述系统的组成、结构、信号传
递关系的图形。它完全表述了一个系统。也称为方框图。
系统结构图：由四个基本单元组成。
(t)
(s)
➢信号线：带有箭头的线段，箭头方向表示
信号的流向，线段旁边标注信号相应的变
量名。
➢引出点（或测量点）：信号线中的一个点，表示一个 信号在这地方分成若干路，流向不同的地方，每一路
ui
u1
1
uT K ~ u~
T12s2 3T1s1 T 2 s 1
u2
K0
ua
Km s(Tm s 1)
m
1/ i
l
r
u校
ut
K校
s 1
Ts 1
up
Kt s
K1
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• 结构图的等效变换和简化
等效变换：用另外一种方式，画系统结构图，但保持系统传递关系 不变，即系统的输入输出传递函数保持不变。
化简：用简单的结构图表示复杂的结构图。 目的：通过等效变换，使一个复杂的系统结构，变成简单的结构，
内回路反馈电压： U t(s)K ts m (s)
其中：K t测速电机转换系数， 分压系数。
齿轮系： s(s) m (；s)绳/i轮：
L(s)r (s)
测量电路：Up(s)K1L(s) 微分校正电路：参见例2-13。
U校(s) U p (s)
s 1
Ts1
8
U 1 (s ) U i(s ) U 校 (s ) U U T1((ss))T02s213T0s1
U~(s) K~ UT(s) T2s1
U U 2 (s ( ts )() s ) U m ~ (K ( ss )t) s / iU m ( t( sL s )) (s) U ra (s (s)) UUK 校 0 p ((sU s))2 (sK)校Tss Um a11((ss))U sp((TsK )ms mK 11 )L(s)
各控环制节系的统信。号为传保递证关电系机如回下路：工作性能，采用了内反馈。
比较电路： U 1 (s ) U i(s ) U 校 (s ) 其中： U衰i 减器输出， 校U 正校 电路输出。
双T滤波电路：属无源网络。 U U T1((ss))T02s213T0s1
其中： U滤T波器输出。
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调制器与交流放大： U~(s) K~ UT(s) T2s1
E (s ) E 1 (s ) E 2 (s )
调制、放大电路：将误差信号调制、放大，用于驱动电机;
U A (s)K A E (s) 两相伺服电机：根据输入电压，产生角位移;
M m ( s ) C s m ( s ) M s ( s )
M s(s) C M U A (s)
s ( J m s fm ) m ( s ) M m ( s )
E 2(s)K 1L (s)
s ( J m s f m ) m ( s ) M m ( s ) L (s)r m (s)
画系统结构图步骤：
E 2 (s) K 1 L (s)
步骤1234：列从补各前包上元一含未件个输完的环入成微节信的分的号比方输的较程出方点，程信并寻入号在找手。零一，初个根始前据条面方件未程下用关进到系行的画拉方图氏程。变，换根。据
方程关系画图，直到输出信号。
E1
EK A U a CM M s
Mm
1
m
s(Jms fm)
r
L K1
E2
E2
Cs

5
画系统结构图步骤： 步骤1：列各元件的微分方程，并在零初始条件下进行拉氏变换。 步骤2：从包含输入信号的方程入手，根据方程关系画图。 步骤3：从前一个环节的输出，寻找一个前面未用到的方程，根据
3
➢方框（或环节）：方框表示系统中的环节（可 以是一个元、部件，子系统，但不是必须）。 方框中填入该环节的传递函数。一个方框的输 入输出与传递函数间满足 C (s) G ( 。s)U (s)
u(t)
c(t)
G(s)
例2-11：画电压测量装置的方框图。（系统原理图教材图2-22）
被测电压：e1; 比较电路：将被测电压e1与电位器输出电压e2进行比较，得到误差e;
4
传动机构：将电机的角位移，转换为线位移; E ( s ) E 1 ( s ) E 2 ( s )
L(s)r m(s)
U A (s) K A E (s) M m ( s ) C s m ( s ) M s ( s )
电位器：将线位移，转换为电压信号;
M s(s ) C M U A (s )
方程关系画图，直到输出信号。 步骤4：补上未完成的比较点信号。
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例2-13：画出LZ3型函数记录仪的方框图。（系统原理图教材图226）
工作原理：输入的电压信号，由衰减器进入系统，经过双T滤波电 路过滤掉50Hz的干扰信号，再经过调制—交流放大—解调—直
流 放大，送到直流电机，通过传动机构，带动纪录笔按输入电压的 波形运动。为了保证准确记录，将纪录笔的位移信号测量出来， 经过微分校正电路，送回输入端与输入电压进行比较，构成反馈
第二章
§2-1 控制系统的时域数学模型 §2-2 控制系统的复域数学模型 §2-3 控制系统的结构图与信号流图 §2-4 数学模型的试验测定法
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§2-3 控制系统的结构图与信号流图
1.系统结构图的组成和绘制 2.结构图的等效变换和简化 3.信号流图的组成和性质 4.信号流图的绘制 5.梅逊增益公式 6.闭环系统的传递函数
其中： U交~流放大器输出， 放K 大~ 器增益， 时T 间2 常数。
解调与直流放大电路：U a(s) K 0 U 2(s) U 2 ( s ) U ~ ( s ) U t( s )
其中： 直U a流放大器输出， 内U 回t 路反馈电压。
直流电动机：
m(s) Ua(s)
s(TK msm电1)动机的 m转角。