自動(dòng)控制原理 ppt課件

1、自動(dòng)控制原理,第四講,方框圖簡(jiǎn)化方法,2020/11/19,3,內(nèi)容提要,方框圖簡(jiǎn)化,2020/11/19,4,回顧：控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,控制系統(tǒng)隨時(shí)間呈動(dòng)態(tài)特性 描述動(dòng)態(tài)特性最好的數(shù)學(xué)工具是微分方程,輸入,時(shí)間軸,干擾,平衡狀態(tài),干擾,偏離平衡狀態(tài),重回平衡狀態(tài),自動(dòng)調(diào)節(jié),輸出,2020/11/19,5,回顧：建立微分方程的方法,共三步： 確定系統(tǒng)的輸入變量和輸出變量 輸入變量: 一般是干擾或者給定量 輸出變量: 一般是被控制的變量 建立一組微分方程 機(jī)械系統(tǒng)用牛頓定律 電器系統(tǒng)用基爾霍夫定律 消除中間變量，建立輸入與輸出變量之間的微分方程,2020/11/19,6,回顧：傳遞函數(shù),2020

2、/11/19,7,回顧：求系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法,Step 1: 分析系統(tǒng)，建立系統(tǒng)的微分方程 Step 2: 將微分方程的兩邊做Laplace變換 Step3: 求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù),2020/11/19,8,系統(tǒng)方框圖,概念：一個(gè)系統(tǒng)可由若干環(huán)節(jié)按一定的關(guān)系組成，將這些環(huán)節(jié)以方框表示，其間用相應(yīng)的變量及信號(hào)流向聯(lián)系起來(lái)，即方框圖 方框圖結(jié)構(gòu)要素: 1函數(shù)方框,輸出,2020/11/19,9,2.相加點(diǎn) 3.分支點(diǎn),2020/11/19,10,復(fù)雜控制系統(tǒng)的方框圖,2020/11/19,11,復(fù)雜控制系統(tǒng)的方框圖,輸出,2020/11/19,12,方框圖簡(jiǎn)化（方框圖等效變換）,將復(fù)雜反饋系統(tǒng)的方框

3、圖進(jìn)行重新組織，便于系統(tǒng)分析 方框圖簡(jiǎn)化: 6個(gè)規(guī)則,2020/11/19,13,1 串聯(lián)環(huán)節(jié)的等效規(guī)則,X(s),Y(s),V(s),W(s),2020/11/19,14,2 并聯(lián)環(huán)節(jié)的等效規(guī)則,V(s),W(s),2020/11/19,15,3 反饋連接及其等效規(guī)則,2020/11/19,16,注意比較,并聯(lián)（parallel blocks）,閉環(huán)（closed loop）,2020/11/19,17,練習(xí),2020/11/19,18,復(fù)雜方框圖,R,C,s1,s2,s3,2020/11/19,19,4 分支點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則 （I）,X(s),Y(s),Y(s),2020/11/19,20,4

4、分支點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則 （II）,X(s),X(s),Y(s),2020/11/19,21,5 相加點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則 （I）,2020/11/19,22,5 相加點(diǎn)移動(dòng)規(guī)則 （II）,X(s),Y(s),Z(s),2020/11/19,23,6 分支點(diǎn)之間、相加點(diǎn)之間相互移動(dòng)規(guī)則 （I）,2020/11/19,24,6 分支點(diǎn)之間、相加點(diǎn)之間相互移動(dòng)規(guī)則 （II）,2020/11/19,25,注意,等效變換規(guī)則能夠簡(jiǎn)化方框圖的形式. 等效變換規(guī)則不改變系統(tǒng)輸入輸出之間的傳遞函數(shù),2020/11/19,26,方框圖變換的步驟,Step 1: 簡(jiǎn)化所有串聯(lián)部分 (rule 1) Step2: 簡(jiǎn)化所有并聯(lián)部分

5、(rule 2) Step 3: 簡(jiǎn)化所有反饋回路 (rule 3) Step 4: 相加點(diǎn)左移，分支點(diǎn)右移 (rule 4-7),僅適用于單輸入單輸出系統(tǒng),2020/11/19,27,2020/11/19,28,例子,2020/11/19,29,2020/11/19,30,練習(xí)1,2020/11/19,31,2020/11/19,32,2020/11/19,33,練習(xí)2,2020/11/19,34,2020/11/19,35,練習(xí)3,2020/11/19,36,2020/11/19,37,考慮擾動(dòng)的反饋控制系統(tǒng),2020/11/19,38,多輸入單輸出系統(tǒng)簡(jiǎn)化方法,保留其中的一個(gè)輸入，令其它

6、輸入為零 按單輸入單輸出系統(tǒng)簡(jiǎn)化方法簡(jiǎn)化 對(duì)所有其它輸入重復(fù)上述過(guò)程 系統(tǒng)輸出等于各輸入與其對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)的乘積之和,2020/11/19,39,例子1,R,C,D,補(bǔ)充 二、典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其暫態(tài)特性 無(wú)論什么樣的系統(tǒng)，它的傳遞函數(shù)都是一些基本因子相乘積而得到的。這些基本因子就是典型環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)。把復(fù)雜的物理系統(tǒng)劃分為若干個(gè)典型環(huán)節(jié)，利用傳遞函數(shù)和框圖來(lái)進(jìn)行研究，這是研究系統(tǒng)的一種重要方法。 （1）比例環(huán)節(jié)（放大環(huán)節(jié)/無(wú)慣性環(huán)節(jié)） 特點(diǎn)：輸入量與輸出量的關(guān)系為一種固定的比例關(guān)系。,0,t,2020/11/19,41,（2）慣性環(huán)節(jié) 特點(diǎn)：只包含一個(gè)儲(chǔ)能元件，使其輸出量不能立即跟隨輸入量的變 化，存在時(shí)間上的延遲。 （3）積分環(huán)節(jié) 特點(diǎn)：輸出量隨時(shí)間成正比地?zé)o限增加。,y(t),r(t),2020/11/19,42,（4）振蕩環(huán)節(jié) 特點(diǎn)：振蕩的程度與阻尼系數(shù)有關(guān)。,0,（5）微分環(huán)節(jié) 特點(diǎn)：是積分環(huán)節(jié)的逆運(yùn)算，其輸出量反映了輸入信號(hào)的變化趁勢(shì)。 實(shí)踐中，理想的微分環(huán)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)。 常用的微分環(huán)節(jié)有：純微分環(huán)節(jié)、一階微分環(huán)節(jié)和二階微分環(huán)節(jié)三種，相應(yīng)的微分