.,1,是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述的數(shù)學方法。是描述系統(tǒng)各組成元、部件之間的信號傳遞關(guān)系的數(shù)學圖形。,（控制系統(tǒng)是由一些典型環(huán)節(jié)組成的，將各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)框圖，根據(jù)系統(tǒng)的物理原理，按信號傳遞的關(guān)系，依次將各框圖正確地連接起來，即為系統(tǒng)的方框圖。方框圖是系統(tǒng)的又一種動態(tài)數(shù)學模型，采用方框圖更便于求傳遞函數(shù)，同時能形象直觀地表明各信號在系統(tǒng)或元件中的傳遞過程。）,2-4方框圖,建立自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的圖示方法方框圖（結(jié)構(gòu)圖、方塊圖）和信號流圖。,.,2,一、方框圖的組成,系統(tǒng)的方框圖，是由許多對信號進行單向運算的方框和一些信號線組成。,包括：,信號線（物理量）：帶箭頭的線段。,表示系統(tǒng)中信號的流通方向，一般在線上標注信號所對應的變量。注意：信號只能沿箭頭方向流通，即信號的傳遞具有單向性。,.,3,引出點：信號引出或測量的位置,表示信號從該點取出。注意，從同一信號線上取出的信號，大小和性質(zhì)完全相同。,注意，比較點處信號的運算符號（正、負）必須標明，一般不標明則取正號。,比較點：表示兩個或兩個以上信號在該點相加（+）或相減（-）。,方框：（環(huán)節(jié)）,表示輸入、輸出信號之間的動態(tài)傳遞關(guān)系，有運算關(guān)系：,Y（S）=G（S）X（S）,.,4,方框圖的特點,1、依據(jù)微分方程或經(jīng)拉氏變換得到的變換方程，可以方便地畫出結(jié)構(gòu)圖。再經(jīng)過結(jié)構(gòu)圖的等效變換，便可求出圖中任意兩信號（變量）間的傳遞函數(shù)。,2、結(jié)構(gòu)圖對研究整個控制系統(tǒng)的動態(tài)性能及分析各環(huán)節(jié)對系統(tǒng)總體性能的影響，比較形象和直觀。,3、同一系統(tǒng)，可以畫出不同形式的結(jié)構(gòu)圖，即結(jié)構(gòu)圖對所描述的系統(tǒng)來說不是唯一的。但是，經(jīng)結(jié)構(gòu)變換所得的結(jié)果應該是相同的，即同一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是唯一的。,4、結(jié)構(gòu)圖只包括與系統(tǒng)動態(tài)特性有關(guān)的信息，并不顯現(xiàn)系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，不同的物理系統(tǒng)有可能具有相同的結(jié)構(gòu)圖。,.,5,方框圖（也稱結(jié)構(gòu)圖）的繪制步驟：,1、首先按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，分解出各環(huán)節(jié)，確定各元部件或環(huán)節(jié)的輸入量與輸出量，并寫出它的傳遞函數(shù)。,2、繪出各環(huán)節(jié)的動態(tài)框圖，框圖中標明它的傳遞函數(shù)，并以箭頭和字母符號表明其輸入量和輸出量。,3、將系統(tǒng)的輸入量放在最左邊，輸出量放在最右邊，按照信號的傳遞順序把各框圖依次連接起來，就構(gòu)成了系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。,.,6,繪制注意事項：在方框圖中，沿信號傳遞的方向。在繪制動態(tài)結(jié)構(gòu)圖時，一般先按從左到右的順序繪制出前向通路的結(jié)構(gòu)圖，然后再繪制反饋通路的結(jié)構(gòu)圖。,.,7,例2-5:畫出圖所示電路的方框圖。,解：根據(jù)電路列出如下方程：,在零初始條件下得：,其相應方框如圖所示,將兩個單元的方框圖結(jié)合在一起，就可以得到如圖所示的系統(tǒng)完整方框圖。,.,8,例2-6圖中為電樞電壓控制的直流電動機,描述其運動方程為,.,9,零初始條件下，對式中兩邊取拉氏變換,.,10,將同一變量的信號線連接起來，將輸入Ua(s)放在左端，輸出(s)放在圖形右端，得系統(tǒng)方框圖如圖所示。,.,11,二、聯(lián)接方式,1.串聯(lián)：環(huán)節(jié)首尾相聯(lián)的方式。,Y(S)=G2(S)U(S)=G2(S)G1(S)X(S),等效：,其中G（S）=G1(S)G2(S),.,12,2.并聯(lián)：環(huán)節(jié)輸入信號相同，輸出信號相加（減）,等效：,其中G（S）=G1(S)G2(S),.,13,3反饋聯(lián)接,主通道：由輸入信號開始經(jīng)G(S)到輸出通道稱為主通道，也稱前向通道。反饋通道：由取出點經(jīng)反饋裝置到主反饋B(S)的通道稱為反饋通道，也稱反饋通路。,可見：E(S)=R(S)-B(S)為偏差信號,.,14,幾個定義：開環(huán)傳遞函數(shù)：主反饋信號與偏差信號之比GK(S)=B(S)/E(S),B(S)=H(S)y(S)=H(S)G(S)E(S)B(S)/E(S)=H(S)G(S)=G(S)H(S),前向通路的傳遞函數(shù)：輸出信號與偏差信號之比,.,15,閉環(huán)傳遞函數(shù)：,.,16,三、方框圖變換與簡化,變換前后，回路中的傳遞函數(shù)乘積不變,變換法則：變換前后前向通路中的傳遞函數(shù)乘積不變,途徑：移動比較點或引出點（首先考慮移動引出點）,關(guān)鍵：解除方框圖中出現(xiàn)的嵌套。,.,17,例：,分析方框圖中，出現(xiàn)三個環(huán)且其中兩環(huán)出現(xiàn)交叉。,如解除交叉，則可方便簡化,可見：移動G6分支所在取出點，則可使問題簡化。,.,18,解：,.,19,.,20,四、一般反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,1.傳遞函數(shù),N（s）=0時（無擾動）輸入R（s），輸出C（s）,.,21,R（s）=0時（無參數(shù)輸入）,注意：線性系統(tǒng)用疊加原理,稱1+G1G2H（s）=0為特征方程。,.,22,2誤差傳遞函數(shù)（誤差響應，輸入（擾動）,N（s）=0時（無