自动控制原理第四讲概要ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Principle of Automatic Control,Principle of Automatic Control,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2024/11/19,自动控制原理第四讲,Principle of Automatic Control,Lecture 4,Associate Prof.Zhao Xiao-Mei(,赵小梅,),Tel:51684265,Email:,Office:Room 613 Teaching Building No.8(,第,8,教学楼,613,室,),2023/10/7自动控制原理第四讲 Principle,2024/11/19,第二章 控制系统的数学模型,Chapter 2 Mathematical Models of Control System,2023/10/7第二章 控制系统的数学模型Chapt,2024/11/19,本章主要内容,Main Content,引言,Introduction,2.,时域数学模型,微分方程,Time Domain Model Differential Equation,频域数学模型,传递函数（上讲）,Frequency Domain Model Transfer Function,4.,基本单元（上讲）,Basic Factors,2023/10/7本章主要内容Main Content引言,2024/11/19,本章主要内容,Main Content,闭环系统的传递函数（本讲）,Transfer Function of Closed-loop System,信号流图与梅逊公式,Signal-flow Graphs and Mason Formula,脉冲响应与阶跃响应,Pulse Response and Step Response,小结,Summary,2023/10/7本章主要内容Main Content闭环,2024/11/19,重点掌握内容,控制系统数学模型的列写,时域模型与频域模型的转换,基本单元的传递函数,传递函数的等效变换,2023/10/7重点掌握内容 控制系统数学模型,2024/11/19,5.,闭环系统的传递函数,控制系统方框图（,Block Diagram or Structure diagram,）,闭环控制系统（,Closed-loop Control System,）,列写闭环传递函数的规则（,Rules for listing Closed-loop Transfer Function,）,方框图的等效变换（,Equivalent Transform of Structure Diagram,）,2023/10/75.闭环系统的传递函数,2024/11/19,控制系统方框图,Block Diagram,控制系统的方框图,是系统各元件特性、系统结构和信号流向的图解表示法。,系统或环节,参考输入,输出,r,(,t,),c,(,t,),G(s),R,(s),C,(s),它用一个,方框,表示,系统或环节,，如上图所示。方框图的一端为,输入信号,r,(,t,),，,另一端是经过系统或环节后的,输出信号,c,(,t,),，图中箭头指向表示,信号传递的方向,。方框中用文字表示系统或环节，也可以填入表示环节或系统输出和输入信号的拉氏变换之比,-,传递函数,，这是更为常用的方框图。,2023/10/7控制系统方框图 Block Diagra,2024/11/19,典型环节的方框图,K,R,(s),C,(s),比例环节,gain,R,(s),C,(s),惯性环节,Inertial,R,(s),C,(s),微分环节,Derivative,R,(s),C,(s),积分环节,Integral,R,(s),C,(s),振荡环节,Oscillation,R,(s),C,(s),延迟环节,Delay,2023/10/7典型环节的方框图KR(s)C(s)比例环节,2024/11/19,方框图元素,(1)Composition,方框（,Functional block,）,表示输入到输出单向传输间的函数关系。方框中写入元部件或系统的传递函数。,方框图中的方框,信号线,方框,G(s),r,(,t,),R,(,s,),c,(,t,),C,(,s,),2023/10/7方框图元素(1)Composition,2024/11/19,方框图元素,(2),注意：进行相加减的量，必须具有相同的量纲。,比较点（,Summing/Junction point,相加点、合成点、综合点）,表示对两个或两个以上的输入信号进行加减运算。,“,+,”,表示相加，,“,-,”,表示相减。,“,+,”,号可省略不写。,r,1,+,r,2,r,1,+,r,2,+,R,1,(s),-,R,2,(s),+,R,2,(s),-,R,1,(s),r,1,+,r,2,r,3,r,1,+,r,2,+,-,r,3,2023/10/7方框图元素(2)注意：进行相加减的量，,2024/11/19,方框图元素,(3),分支点（,Branch/Deducing point,分岔点、引出点、测量点）,表示信号测量或引出的位置。,信号线（,Arrow line,）,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拉氏变换象函数。,G,1,(s),R,(s),P,(s),G,2,(s),P,(s),C,(s),Notes,：同一位置引出的信号,大小和性质完全一样。,Notes,：标注的一致性（都用时间函数或拉氏变换象函数）。,2023/10/7方框图元素(3)分支点（Branch/D,2024/11/19,方框图的绘制（,1,）,Draw Block Diagram,分别列写系统各元部件的微分方程或传递函数，并将它们用方框表示。,根据各元部件的信号流向，用信号线依次将各方块连接起来，便可得到系统的方块图。,系统方框图,-,也是系统数学模型的一种。,2023/10/7方框图的绘制（1）Draw Block,2024/11/19,方框图的绘制（,2,）,例,利用两级,RC,串联电路演示方框图的绘制过程。,2023/10/7方框图的绘制（2）例 利用两级RC串联电路,2024/11/19,方框图的绘制（,3,）,解,：根据电路定理，有以下式子：,-,-,-,2023/10/7方框图的绘制（3）解：根据电路定理，有,2024/11/19,方框图的绘制（,4,）,总的结构图如下：,-,-,-,-,-,-,2023/10/7方框图的绘制（4）总的结构图如下：-,2024/11/19,闭环系统的传递函数,Transfer Function,反馈控制系统方框图,前向通路传递函数,Feed-forward Transfer Function,反馈传递函数,Feedback Transfer Function,开环传递函数,Open-loop Transfer Function,闭环传递函数,Closed-loop Transfer Function,误差（对输入）传递函数,输出对扰动传递函数,2023/10/7闭环系统的传递函数Transfer Fu,2024/11/19,基本概念（,1,）,前向通路传递函数,-,假设,N(s)=0,打开反馈后，输出,C(s),与,R(s),之比,等价于,C(s),与误差,E(s),之比,。,反馈回路传递函数,-,假设,N,(s)=0,主反馈信号,B(s),与输出信号,C(s),之比。,开环传递函数,Open-loop Transfer Function,-,假设,N(s)=0,主反馈信号,B(s),与误差信号,E(s),之比。,+,+,H,(,s,),-,+,R,(,s,),E,(,s,),B,(,s,),N,(,s,),),(,1,s,G,),(,2,s,G,C,(,s,),2023/10/7基本概念（1）前向通路传递函数-假设N(,2024/11/19,基本概念（,2,）,闭环传递函数,Closed-loop Transfer Function,-,假设,N,(s)=0,输出信号,C(s),与输入信号,R(s),之比。,+,+,H,(,s,),-,+,R,(,s,),E,(,s,),B,(,s,),N,(,s,),),(,1,s,G,),(,2,s,G,C,(,s,),请记住,推导,：,2023/10/7基本概念（2）闭环传递函数+H(s)-+,2024/11/19,基本概念（,3,）,误差传递函数,假设,N(s)=0,误差信号,E(s),与输入信号,R(s),之比。,+,+,H,(,s,),-,+,R,(,s,),E,(,s,),B,(,s,),N,(,s,),),(,1,s,G,),(,2,s,G,C,(,s,),2023/10/7基本概念（3）误差传递函数+H(s)-,2024/11/19,基本概念（,4,）,输出对扰动的传递函数,(,扰动到输出的传递函数,),假设,R(s)=0,+,+,H,(,s,),-,+,R,(,s,),E,(,s,),B,(,s,),N,(,s,),),(,1,s,G,),(,2,s,G,C,(,s,),R(s)=0,2023/10/7基本概念（4）输出对扰动的传递函数(扰动到,2024/11/19,基本概念（,5,）,误差对扰动的传递函数,(,扰动到误差的传递函数,),假设,R(s)=0,+,+,H,(,s,),-,+,R,(,s,),E,(,s,),B,(,s,),N,(,s,),),(,1,s,G,),(,2,s,G,C,(,s,),R(s)=0,2023/10/7基本概念（5）误差对扰动的传递函数(扰动到,2024/11/19,基本概念（,6,）,线性系统满足叠加原理，当控制输入,R(s),与扰动,N(s),同时作用于系统时，系统的输出及误差可表示为：,+,+,H,(,s,),-,+,R,(,s,),E,(,s,),B,(,s,),N,(,s,),),(,1,s,G,),(,2,s,G,C,(,s,),注意：,各个传递函数都具有相同的分母,分母被称为系统的特征表达式,;,由于,N(s),极性的随机性，因而在求,E(s),时，不能认为利用,N(s),产生的误差可抵消,R(s),产生的误差。,2023/10/7基本概念（6）线性系统满足叠,2024/11/19,列写闭环传递函数的规则,Rules,列写从,A,点到,B,点的闭环传递函数，则在闭环中保留,A,点到,B,点的通道，而在想象中断开从,B,点到,A,点的通道，把这种情况下从,A,点到,B,点的传递函数作为分子；,把组成闭环的各串联框的传递函数相乘，反号（注意：开环传递函数），再加,1,，作为分母；,+,+,H,(,s,),-,+,R,(,s,),E,(,s,),B,(,s,),N,(,s,),),(,1,s,G,),(,2,s,G,C,(,s,),2023/10/7列写闭环传递函数的规则Rules列写从A,2024/11/19,关于闭环传递函数的几点说明,Notes,闭环系统的开环传递函数：组成闭环的各串联框的传递函数的乘积反号后，记做,G,o,(s);,闭环传递函数的分母等于开环传递函数加,1;,闭环系统的特征多项式是开环传递函数分母多项式与分子多项式之和；,+,+,H,(,s,),-,+,R,(,s,),E,(,s,),B,(,s,),N,(,s,),),(,1,s,G,),(,2,s,G,C,(,s,),2023/10/7关于闭环传递函数的几点说明Notes闭环,2024/11/19,方框图（结构图）的等效变换,Equivalent Transform,定义,：,在结构图上进行数学方程的运算。,类型,：,环节的合并；,-,串联,(cascade connection),-,并联,(parallel conn