結(jié)構(gòu)圖PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖2傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：式中，式中，T是慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)是慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)。慣性環(huán)節(jié)的傳遞。慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)有一函數(shù)有一個(gè)負(fù)實(shí)極點(diǎn)個(gè)負(fù)實(shí)極點(diǎn) p = 1/T，無零，無零點(diǎn)。點(diǎn)。11)( TssG)()()(trtcdttdcT 01 t ec(t)TtTsssTssRTssC/111111)(11)( j 0 1/T單位階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng): :第1頁/共50頁30tc(t)3.3.積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)微分方程式：微分方程式：0.6320.8650.950.9821.0 tdrTtc0)(1)( T2T3T4T傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：TssG1)( 階躍響應(yīng)曲線是按指數(shù)階躍響應(yīng)曲線

2、是按指數(shù)上升的曲線。上升的曲線。RC濾波電路，忽略電樞電感的直流電動(dòng)機(jī)等。濾波電路，忽略電樞電感的直流電動(dòng)機(jī)等。01 tec(t)Tt第2頁/共50頁4單位階躍響應(yīng)：?jiǎn)挝浑A躍響應(yīng)：tTtc1)( r(t)t01c(t)t01T sTssC11)( 當(dāng)輸入階躍函數(shù)時(shí)，該環(huán)節(jié)當(dāng)輸入階躍函數(shù)時(shí)，該環(huán)節(jié)的輸出隨時(shí)間直線增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速的輸出隨時(shí)間直線增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速度由度由1/T決定。當(dāng)輸入突然除去，決定。當(dāng)輸入突然除去，積分停止，輸出維持不變，故有積分停止，輸出維持不變，故有記憶功能記憶功能。 4. 4.微分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié) 微分方程式為：微分方程式為：dttdrTtc)()( 第3頁/共50頁5TsTssC

3、1)( c(t) = T (t)由于階躍信號(hào)在時(shí)刻由于階躍信號(hào)在時(shí)刻t = 0有一躍變，有一躍變，其他時(shí)刻均不變化，所以微分環(huán)節(jié)對(duì)其他時(shí)刻均不變化，所以微分環(huán)節(jié)對(duì)階躍輸入的響應(yīng)只在階躍輸入的響應(yīng)只在t = 0時(shí)刻產(chǎn)生一時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)脈沖。個(gè)響應(yīng)脈沖。 理想的微分環(huán)節(jié)在物理系統(tǒng)中很少獨(dú)立存在，常見理想的微分環(huán)節(jié)在物理系統(tǒng)中很少獨(dú)立存在，常見的為帶有慣性環(huán)節(jié)的微分特性，傳遞函數(shù)為：的為帶有慣性環(huán)節(jié)的微分特性，傳遞函數(shù)為：1)(21 sTsTsG傳遞函數(shù)為：傳遞函數(shù)為： G(s)=Ts單位階躍響應(yīng)：?jiǎn)挝浑A躍響應(yīng)：r(t)t01c(t)t0T第4頁/共50頁6)()()(2)(222trtcdttd

4、cTdttcdT 傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為： 121)(22 TssTsG 2222)(nnnsssG 或或式中，式中，T 0，0 1， n = 1/T，T 稱為振蕩環(huán)節(jié)的時(shí)稱為振蕩環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，間常數(shù)， 為阻尼比，為阻尼比， n為無阻尼振蕩頻率。振蕩環(huán)節(jié)為無阻尼振蕩頻率。振蕩環(huán)節(jié)有一對(duì)位于有一對(duì)位于s左半平面的共軛極點(diǎn)：左半平面的共軛極點(diǎn)：dnnnjjs 22 , 115. 5.振蕩環(huán)節(jié)振蕩環(huán)節(jié)微分方程式為：微分方程式為：第5頁/共50頁7單位階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng)： )sin(111)(2 tetcdtn式中，式中，=cos1 。響應(yīng)曲線是按指數(shù)衰減振蕩的，故稱。響應(yīng)曲線是按指數(shù)衰減振蕩的，故

5、稱振蕩環(huán)節(jié)。振蕩環(huán)節(jié)。c(t) t 01 ns1s2 j d n j 0第6頁/共50頁86. 6.延遲環(huán)節(jié)延遲環(huán)節(jié)微分方程式為：微分方程式為： c(t) = r(t )傳遞函數(shù)為：傳遞函數(shù)為： G(s) =e s單位階躍響應(yīng)：?jiǎn)挝浑A躍響應(yīng)： sesCs1)( c(t) = 1(t )r(t)t01c(t)t01 第7頁/共50頁92.6.1 2.6.1 結(jié)構(gòu)圖的定義及基本組成結(jié)構(gòu)圖的定義及基本組成 1.1.結(jié)構(gòu)圖的定義結(jié)構(gòu)圖的定義: 由具有一定函數(shù)關(guān)系的環(huán)節(jié)組成的，并標(biāo)明由具有一定函數(shù)關(guān)系的環(huán)節(jié)組成的，并標(biāo)明信號(hào)流向的系統(tǒng)的方框圖，稱為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。信號(hào)流向的系統(tǒng)的方框圖，稱為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

6、 例如討論過的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，用方框圖例如討論過的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，用方框圖來描述其結(jié)構(gòu)和作用原理，見圖。來描述其結(jié)構(gòu)和作用原理，見圖。放大器放大器電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)測(cè)速機(jī)測(cè)速機(jī)urufua e+-第8頁/共50頁10Ka1/ keTaTms2+Tms+1KfUr(s)Uf (s)Ua(s) (s)E(s)+ 把各元件的傳遞函數(shù)代入方框中去，并標(biāo)明兩端對(duì)把各元件的傳遞函數(shù)代入方框中去，并標(biāo)明兩端對(duì)應(yīng)的變量，就得到了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。應(yīng)的變量，就得到了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。第9頁/共50頁11 2.2.結(jié)構(gòu)圖的基本組成結(jié)構(gòu)圖的基本組成 1 1）畫圖的）畫圖的4 4種基本元素如下：種基本元素如

7、下： 是帶有箭頭的直線，箭頭表示信號(hào)的是帶有箭頭的直線，箭頭表示信號(hào)的傳遞方向，傳遞線上標(biāo)明被傳遞的信號(hào)。傳遞方向，傳遞線上標(biāo)明被傳遞的信號(hào)。r(t), R(s) 表示信號(hào)引出或測(cè)量的位置，從同一位置表示信號(hào)引出或測(cè)量的位置，從同一位置引出的信號(hào)在數(shù)值和性質(zhì)方面完全相同。引出的信號(hào)在數(shù)值和性質(zhì)方面完全相同。r(t), R(s)r(t), R(s)第10頁/共50頁12 表示對(duì)信號(hào)進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算。方框中寫入元表示對(duì)信號(hào)進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算。方框中寫入元部件的傳遞函數(shù)部件的傳遞函數(shù)。R(s)R(s) U(s)U(s)G(s)C(s)R(s)C(s) = G(s)R(s)+ 對(duì)兩個(gè)以上的信號(hào)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算，

8、對(duì)兩個(gè)以上的信號(hào)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算，“ + ”號(hào)號(hào)表示相加，可省略不寫，表示相加，可省略不寫，“ ”號(hào)表示相減。號(hào)表示相減。第11頁/共50頁13 2 2）結(jié)構(gòu)圖的基本作用：）結(jié)構(gòu)圖的基本作用： (a) 簡(jiǎn)單明了地表達(dá)了系統(tǒng)的組成和相互聯(lián)系，可簡(jiǎn)單明了地表達(dá)了系統(tǒng)的組成和相互聯(lián)系，可以方便地評(píng)價(jià)每一個(gè)元件對(duì)系統(tǒng)性能的影響。以方便地評(píng)價(jià)每一個(gè)元件對(duì)系統(tǒng)性能的影響。 (b) 信號(hào)的傳遞嚴(yán)格遵照單向性原則，對(duì)于輸出對(duì)信號(hào)的傳遞嚴(yán)格遵照單向性原則，對(duì)于輸出對(duì)輸入的反作用，通過反饋支路單獨(dú)表示。輸入的反作用，通過反饋支路單獨(dú)表示。 (c) 對(duì)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行一定的代數(shù)運(yùn)算和等效變換，可對(duì)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行一定的代數(shù)運(yùn)算和等

9、效變換，可方便地求出整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。方便地求出整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 (1) 列寫每個(gè)元件的原始方程，要考慮相互間負(fù)載列寫每個(gè)元件的原始方程，要考慮相互間負(fù)載效應(yīng)效應(yīng)。 (2) 設(shè)初始條件為零，對(duì)這些方程進(jìn)行拉氏變換，設(shè)初始條件為零，對(duì)這些方程進(jìn)行拉氏變換，并將每個(gè)變換后的方程，分別以一個(gè)方框的形式將因并將每個(gè)變換后的方程，分別以一個(gè)方框的形式將因果果第12頁/共50頁14關(guān)系表示出來，而且這些方框中的傳遞函數(shù)都應(yīng)具有關(guān)系表示出來，而且這些方框中的傳遞函數(shù)都應(yīng)具有典型環(huán)節(jié)的形式。典型環(huán)節(jié)的形式。 (3) 將這些方框單元按信號(hào)流向連接起來，就組成將這些方框單元按信號(hào)流向連接起來，就組成完整的結(jié)

10、構(gòu)圖。完整的結(jié)構(gòu)圖。 例例2-152-15 畫出下圖所示畫出下圖所示RC網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。 R C u1 u2 解：解：(1) 列寫各元件的原始方程列寫各元件的原始方程式式 idtCuuRiu1221 i第13頁/共50頁15 )(1)()()()(221sICssUsURsIsU(3)(3)將這些方框依次連接起來得圖。將這些方框依次連接起來得圖。U2(s)1CsI(s)1RI(s)U1(s)+U2(s)1RI(s)U1(s)+U2(s)U2(s)1Cs第14頁/共50頁16G2 2(s)U(s)C(s)G1 1(s)R(s)U(s) 由圖可知：由圖可知： U(s)=G1(s)R(s

11、) C(s)=G2(s)U(s) 消去變量消去變量U(s) 得得C(s)= G1(s)G2(s)R(s) = G(s)R(s) 1.1.三種基本連接形式三種基本連接形式 (1) 串聯(lián)串聯(lián)。相互間無負(fù)載效應(yīng)的環(huán)節(jié)相串聯(lián)，即前一。相互間無負(fù)載效應(yīng)的環(huán)節(jié)相串聯(lián)，即前一個(gè)環(huán)節(jié)的輸出是后一個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，依次按順序連接。個(gè)環(huán)節(jié)的輸出是后一個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，依次按順序連接。G1 1(s)G2 2(s)R(s)C(s)G2 2(s)U(s)C(s)第15頁/共50頁17 故環(huán)節(jié)串聯(lián)后等效的傳遞函數(shù)等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)傳遞故環(huán)節(jié)串聯(lián)后等效的傳遞函數(shù)等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的乘積。函數(shù)的乘積。 (2) 并聯(lián)并聯(lián)。并聯(lián)各環(huán)節(jié)有

12、相同的輸入量，而輸出量等。并聯(lián)各環(huán)節(jié)有相同的輸入量，而輸出量等于各環(huán)節(jié)輸出量之代數(shù)和。于各環(huán)節(jié)輸出量之代數(shù)和。由圖有由圖有 C1(s) = G1(s)R(s) C2(s) = G2(s)R(s) R(s)C(s)G1 1(s)C1(s)R(s)G2 2(s)C2 2(s)R(s)+ 第16頁/共50頁18C(s) = C1(s) C2(s) 消去消去G1(s) 和和G2(s)，得，得 C(s) = G1(s) G2(s)R(s) = G(s)R(s) 故環(huán)節(jié)并聯(lián)后等效的傳遞函數(shù)等于各并聯(lián)環(huán)節(jié)傳遞函故環(huán)節(jié)并聯(lián)后等效的傳遞函數(shù)等于各并聯(lián)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的代數(shù)和。數(shù)的代數(shù)和。G1 1(s) G2 2(s

13、)R(s)C(s)C1(s)G1 1(s)R(s)G2 2(s)C2 2(s)C(s)+ 第17頁/共50頁19 (3) 反饋連接反饋連接。連接形式是兩個(gè)方框反向并接，如圖。連接形式是兩個(gè)方框反向并接，如圖所示。相加點(diǎn)處做加法時(shí)為正反饋，做減法時(shí)為負(fù)反饋所示。相加點(diǎn)處做加法時(shí)為正反饋，做減法時(shí)為負(fù)反饋。由圖有由圖有 C(s) = G(s)E(s) B(s) = H(s)C(s) E(s) = R(s) B(s)消去消去B(s) 和和E(s)，得，得 C(s) = G(s) R(s) H(s)C(s) R(s)C(s)G(s)H(s)B(s)E(s)+ 第18頁/共50頁20上式稱為閉環(huán)傳遞函數(shù)

14、，是反饋連接的等效傳遞函數(shù)上式稱為閉環(huán)傳遞函數(shù)，是反饋連接的等效傳遞函數(shù)。G(s)1 G(s)H(s)R(s)C(s) )()(1)()()(sHsGsGsRsC G(s)：前向通道傳函：前向通道傳函H(s)：反饋通道傳函：反饋通道傳函 H(s)=1 單位反饋系統(tǒng)單位反饋系統(tǒng)G(s)H(s)：開環(huán)傳函：開環(huán)傳函R(s)C(s)G(s)H(s)B(s)E(s)+ 第19頁/共50頁21 2.2.閉環(huán)系統(tǒng)的常用傳遞函數(shù)閉環(huán)系統(tǒng)的常用傳遞函數(shù) 考察帶有擾動(dòng)作用下的閉環(huán)系統(tǒng)如圖所示。它代表考察帶有擾動(dòng)作用下的閉環(huán)系統(tǒng)如圖所示。它代表了常見的閉環(huán)控制系統(tǒng)的一般形式。了常見的閉環(huán)控制系統(tǒng)的一般形式。 （1

15、 1）控制輸入下的閉環(huán)傳遞函數(shù)）控制輸入下的閉環(huán)傳遞函數(shù)令令N(s) = 0有有G1(s)R(s)C(s)+H(s)E(s)G2(s)N(s)+)()()(1)()()()(2121sHsGsGsGsGsRsCr 第20頁/共50頁22（2 2）擾動(dòng)輸入下的閉環(huán)傳遞函數(shù)）擾動(dòng)輸入下的閉環(huán)傳遞函數(shù)令令R(s) = 0有有 )()()(1)()()(212sHsGsGsGsNsCn 至此，可以給出求單回路閉環(huán)至此，可以給出求單回路閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般公式為傳遞函數(shù)的一般公式為 開開環(huán)環(huán)傳傳遞遞函函數(shù)數(shù)前前向向通通道道傳傳遞遞函函數(shù)數(shù)閉閉環(huán)環(huán)傳傳遞遞函函數(shù)數(shù) 1式中負(fù)反饋時(shí)取式中負(fù)反饋時(shí)取“+”+”號(hào)

16、，正反饋時(shí)取號(hào)，正反饋時(shí)取“”號(hào)。號(hào)。（3）兩個(gè)輸入量同時(shí)作用于系統(tǒng)的響應(yīng)）兩個(gè)輸入量同時(shí)作用于系統(tǒng)的響應(yīng) )()()(1)()()()()()()()(21221sHsGsGsNsGsRsGsGsCsCsCnr 第21頁/共50頁23（4 4）控制輸入下的誤差傳遞函）控制輸入下的誤差傳遞函數(shù)數(shù))()()(11)()(21sHsGsGsRsEr （5 5）擾動(dòng)輸入下的誤差傳遞函數(shù)）擾動(dòng)輸入下的誤差傳遞函數(shù))()()(1)()()()(212sHsGsGsHsGsNsEN （6 6）兩個(gè)輸入量同時(shí)作用于系統(tǒng)時(shí)的誤差）兩個(gè)輸入量同時(shí)作用于系統(tǒng)時(shí)的誤差)()()(1)()()()()(212sHsG

17、sGsNsHsGsRsE 第22頁/共50頁242.6.4 2.6.4 結(jié)構(gòu)圖的等效變換結(jié)構(gòu)圖的等效變換 變換的原則：變換前后應(yīng)保持信號(hào)等效。變換的原則：變換前后應(yīng)保持信號(hào)等效。1 . 1 . 分支點(diǎn)后移分支點(diǎn)后移GRCRGRC1/GR2 . 2 . 分支點(diǎn)前移分支點(diǎn)前移GRCCGRCGC第23頁/共50頁254 .4 .比較點(diǎn)前移比較點(diǎn)前移3 . 3 . 比較點(diǎn)后移比較點(diǎn)后移GFGRC+ FRGCF+ GRC+ FF1/GRGC+ F第24頁/共50頁265 .5 .比較點(diǎn)互換或合并比較點(diǎn)互換或合并R1C R2+ + R3R1C R2+ + R3R1C R2+ R3 2.6.5 2.6.5

18、結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖一般都有相互交叉的回環(huán)，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖一般都有相互交叉的回環(huán)，當(dāng)需要確定系統(tǒng)的傳函時(shí)，就要根據(jù)結(jié)構(gòu)圖的等效變換當(dāng)需要確定系統(tǒng)的傳函時(shí)，就要根據(jù)結(jié)構(gòu)圖的等效變換先解除回環(huán)的交叉，然后按方框的連接形式等效，依次先解除回環(huán)的交叉，然后按方框的連接形式等效，依次化簡(jiǎn)。化簡(jiǎn)。第25頁/共50頁27RCG1G2G3H1H2 例例2-162-16 用結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn)的方法求下圖所示系統(tǒng)傳遞函數(shù)用結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn)的方法求下圖所示系統(tǒng)傳遞函數(shù)。解：方法解：方法11/G3RCG1G2G3H1H2第26頁/共50頁28方法方法2RCG1G2G3H1H2RCG1G2G3H1H2

19、1/G1第27頁/共50頁29 例例2-17 用結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn)的方法求下圖所示系統(tǒng)傳遞函用結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn)的方法求下圖所示系統(tǒng)傳遞函數(shù)。數(shù)。RG1G2CG3RG1G2CG3解解：第28頁/共50頁30RG1G2CG3RG1G2CG31/G2第29頁/共50頁312.7.1 2.7.1 信號(hào)流圖的基本概念信號(hào)流圖的基本概念 1.1.定義定義：信號(hào)流圖是表示一組聯(lián)立線性代數(shù)方程的圖。：信號(hào)流圖是表示一組聯(lián)立線性代數(shù)方程的圖。 先看最簡(jiǎn)單的例子。有一線性系統(tǒng)，它由下述方程先看最簡(jiǎn)單的例子。有一線性系統(tǒng)，它由下述方程式描述：式描述：x2 = a12 x1式中，為輸入信號(hào)式中，為輸入信號(hào)(變量變量)；x2為輸出信

20、號(hào)為輸出信號(hào)(變量變量)；a12為為兩信號(hào)之間的傳輸兩信號(hào)之間的傳輸(增益增益)。即輸出變量等于輸入變量乘。即輸出變量等于輸入變量乘上傳輸值。若從因果關(guān)系上來看，上傳輸值。若從因果關(guān)系上來看，x1為為“因因”，x2為為“果果”。這種因果關(guān)系，可用下圖表示。這種因果關(guān)系，可用下圖表示。x1a12x2第30頁/共50頁32a43a44x1a12x2x3x4x5a23a34a45a24a25a32第31頁/共50頁332.2.信號(hào)流圖的基本元素信號(hào)流圖的基本元素 (1) 節(jié)點(diǎn)：用來表示變量，用符號(hào)節(jié)點(diǎn)：用來表示變量，用符號(hào)“ O ”表示，并在表示，并在近旁標(biāo)出所代表的變量。近旁標(biāo)出所代表的變量。 (

21、2) 支路：連接兩節(jié)點(diǎn)的定向線段，用符號(hào)支路：連接兩節(jié)點(diǎn)的定向線段，用符號(hào)“”表示。表示。 支路具有兩個(gè)特征：支路具有兩個(gè)特征： 限定了信號(hào)傳遞方向。支路方向就是信號(hào)傳限定了信號(hào)傳遞方向。支路方向就是信號(hào)傳遞的方向，用箭頭表示。遞的方向，用箭頭表示。 限定了輸入與輸出兩個(gè)變量之間的關(guān)系。支限定了輸入與輸出兩個(gè)變量之間的關(guān)系。支路的權(quán)用它近旁標(biāo)出的傳輸值表示。路的權(quán)用它近旁標(biāo)出的傳輸值表示。第32頁/共50頁34 混合節(jié)點(diǎn)混合節(jié)點(diǎn) 既有輸入支路，又有輸出支路的節(jié)點(diǎn)，如既有輸入支路，又有輸出支路的節(jié)點(diǎn)，如圖中圖中x2、x3。 3.3.信號(hào)流圖的幾個(gè)術(shù)語信號(hào)流圖的幾個(gè)術(shù)語 節(jié)點(diǎn)及其類別節(jié)點(diǎn)及其類別

22、輸入節(jié)點(diǎn)輸入節(jié)點(diǎn)(源節(jié)點(diǎn)源節(jié)點(diǎn)) 只有輸出支路的節(jié)點(diǎn)，它代表系只有輸出支路的節(jié)點(diǎn)，它代表系統(tǒng)的統(tǒng)的輸入輸入變量。如圖中變量。如圖中x1。 輸出節(jié)點(diǎn)輸出節(jié)點(diǎn)(匯節(jié)點(diǎn)、阱節(jié)點(diǎn)匯節(jié)點(diǎn)、阱節(jié)點(diǎn)) 只有輸入支路的節(jié)點(diǎn)，它只有輸入支路的節(jié)點(diǎn)，它代表代表系統(tǒng)的系統(tǒng)的輸出變量。如圖中輸出變量。如圖中x4。1a33x1a12x2x3a23a34a32a14x4x2 第33頁/共50頁35 通道及其類別通道及其類別 通道通道 從某一節(jié)點(diǎn)開始，沿著支路的箭頭方向連續(xù)從某一節(jié)點(diǎn)開始，沿著支路的箭頭方向連續(xù)經(jīng)過一些支路而終止在另一節(jié)點(diǎn)的路徑。用經(jīng)過的支路經(jīng)過一些支路而終止在另一節(jié)點(diǎn)的路徑。用經(jīng)過的支路傳輸?shù)某朔e來表示。

23、傳輸?shù)某朔e來表示。 開通道開通道 如果通道從某一節(jié)點(diǎn)開始，終止在另一節(jié)如果通道從某一節(jié)點(diǎn)開始，終止在另一節(jié)點(diǎn)上，而且通道中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)只經(jīng)過一次。如點(diǎn)上，而且通道中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)只經(jīng)過一次。如a12 a23 a34 。a33x1a12x2x3a23a34a32a14x4 閉通道閉通道(回環(huán)回環(huán)) 如果通道的終點(diǎn)就是起點(diǎn)的開通道。如果通道的終點(diǎn)就是起點(diǎn)的開通道。如如a23 a32 ，a33 (自回環(huán)自回環(huán)) 。第34頁/共50頁36 前向通前向通道道 從源節(jié)點(diǎn)到匯節(jié)點(diǎn)的開通道。從源節(jié)點(diǎn)到匯節(jié)點(diǎn)的開通道。 不接觸回路不接觸回路 回路之間沒有公共的節(jié)點(diǎn)和支路?；芈分g沒有公共的節(jié)點(diǎn)和支路。4.4.信號(hào)流圖

24、的基本性質(zhì)信號(hào)流圖的基本性質(zhì) 1 1）信號(hào)流圖只能代表線性代數(shù)方程組。）信號(hào)流圖只能代表線性代數(shù)方程組。 2 2）節(jié)點(diǎn)標(biāo)志系統(tǒng)的變量，表示所有流向該節(jié)點(diǎn)的信號(hào)）節(jié)點(diǎn)標(biāo)志系統(tǒng)的變量，表示所有流向該節(jié)點(diǎn)的信號(hào)之和；而從該節(jié)點(diǎn)流向各支路的信號(hào)，均用該節(jié)點(diǎn)變量之和；而從該節(jié)點(diǎn)流向各支路的信號(hào)，均用該節(jié)點(diǎn)變量表示。表示。 3 3）信號(hào)在支路上沿箭頭單向傳遞，后一節(jié)點(diǎn)變量依賴）信號(hào)在支路上沿箭頭單向傳遞，后一節(jié)點(diǎn)變量依賴于前一節(jié)點(diǎn)變量，即只有于前一節(jié)點(diǎn)變量，即只有“前因后果前因后果”的因果關(guān)系。的因果關(guān)系。 4 4）支路相當(dāng)于乘法器，信號(hào)流經(jīng)支路時(shí)，被乘以支路）支路相當(dāng)于乘法器，信號(hào)流經(jīng)支路時(shí)，被乘以支路

25、增益而變換為另一信號(hào)。增益而變換為另一信號(hào)。 5 5）對(duì)于給定的系統(tǒng)，信號(hào)流圖不唯一。）對(duì)于給定的系統(tǒng)，信號(hào)流圖不唯一。第35頁/共50頁372.7.2 2.7.2 信號(hào)流圖的繪制方法信號(hào)流圖的繪制方法 1.1.直接法直接法 例例2-182-18 RLC電路如圖電路如圖2-28所示，試畫出信號(hào)流圖所示，試畫出信號(hào)流圖。解解：(1)(1)列寫原始方程列寫原始方程 dttduCtitutRidttdiLtuccr)()()()()()( (2)(2)取拉氏變換，考慮初始條件取拉氏變換，考慮初始條件：i(0+)，uc(0+) )0()()()()()0()()(cccrCusCsUsIsUsRILi

26、sLsIsU (3) (3)整理成因果關(guān)系整理成因果關(guān)系 R C ur(t) uc(t) L第36頁/共50頁38 (4)(4)畫出信號(hào)流圖如圖所示。畫出信號(hào)流圖如圖所示。 )(01)(1(s)0()(1)(1)(cccrussICsUiRLsLsURLssURLssIUr(s)Uc(s)I(s)1suc(0+)ic(0+)1Ls+R1Ls+R 1Cs1Ls+R第37頁/共50頁392.2.翻譯法翻譯法 例例2-19 2-19 畫出下圖所示系統(tǒng)的信號(hào)流圖。畫出下圖所示系統(tǒng)的信號(hào)流圖。 R(s)C(s)G1(s)G2(s)H(s)+E2(s)E1(s) 解：按照翻譯法可直接作出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所對(duì)應(yīng)的

27、信解：按照翻譯法可直接作出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所對(duì)應(yīng)的信號(hào)流圖。號(hào)流圖。R(s)E1(s)C(s)E2(s)G2(s)G1(s) H(s)第38頁/共50頁40系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 信號(hào)流圖信號(hào)流圖變量在信號(hào)線上變量在信號(hào)線上 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)輸入變量輸入變量 輸入節(jié)點(diǎn)輸入節(jié)點(diǎn)比較點(diǎn)和引出點(diǎn)比較點(diǎn)和引出點(diǎn) 混合節(jié)點(diǎn)混合節(jié)點(diǎn)信號(hào)線和方框信號(hào)線和方框 支路支路第39頁/共50頁412.7.3 2.7.3 梅遜增益公式梅遜增益公式 1. .梅遜增益公式梅遜增益公式輸入輸出節(jié)點(diǎn)間總傳輸?shù)囊话闶綖檩斎胼敵龉?jié)點(diǎn)間總傳輸?shù)囊话闶綖镻Pnkkk 1 deffedabccbaLLLLLL1式中式中P 總總傳輸傳輸 (增益增益)

28、)； n 從從源節(jié)點(diǎn)至匯節(jié)點(diǎn)前向通道總數(shù)；源節(jié)點(diǎn)至匯節(jié)點(diǎn)前向通道總數(shù)； Pk 第第K條前向通路的條前向通路的傳輸傳輸； 信號(hào)流圖的特征式；信號(hào)流圖的特征式； k 余因子式余因子式( (把第把第K條前向通道除去后的特征式條前向通道除去后的特征式。) )第40頁/共50頁42 解：信號(hào)流圖的組成：解：信號(hào)流圖的組成：4 4個(gè)單回環(huán)，一條前向通道個(gè)單回環(huán)，一條前向通道 =1 (bi + dj + fk + bcdefgm) + (bidj + bifk + djfk) bidjfk P1 = abcdefgh 1 = 1 0 = 1 例例2-20 2-20 求圖所示系統(tǒng)的信號(hào)流圖輸入求圖所示系統(tǒng)的信

29、號(hào)流圖輸入x0至輸出至輸出x8的的總傳輸總傳輸G。x0ax8bcdefghijkmabcdefghPxxP 1108第41頁/共50頁43 例例2-212-21 已知系統(tǒng)的信已知系統(tǒng)的信號(hào)流圖如下，求輸入號(hào)流圖如下，求輸入x1至至輸出輸出x2和和x3的傳輸。的傳輸。bx1gx2ax3jhci23efd 解：?jiǎn)位芈罚航猓簡(jiǎn)位芈罚篴c，abd，gi，ghj， aegh 兩兩互不接觸回路：兩兩互不接觸回路： ac與與gi，ghj; abd與與gi，ghj x1到到x2的傳輸：的傳輸： P1 = 2ab 1 = 1 (gi + ghj) P2 = 3gfab 2 = 1第42頁/共50頁44 x1到到

30、x3的傳輸：的傳輸： P1 = 3 1 = 1 ( ac + abd ) P2 = 2ae 2 = 1 例例2-222-22 試求信號(hào)流圖中的傳遞函數(shù)試求信號(hào)流圖中的傳遞函數(shù)C(s)/R(s) 。RCG1K 1 1 1G2G3 1 解：解： 單回路：?jiǎn)位芈罚?G1 ， G2 ， G3 ， G1G2兩兩互不接觸回路兩兩互不接觸回路: G1和和 G2 ， G1和和 G3 ， G2和和 G3 ， G1G2和和 G3 第43頁/共50頁45RCG1K 1 1 1G2G3 1三個(gè)互不接觸回路三個(gè)互不接觸回路: G1 ， G2和和 G3 前向通道：前向通道：P1 = G1 G2G3 K 1 = 1 P2

31、= G2G3 K 2 = 1 + G1P3 = G3 K 3 = 1 + G2 RCG1K 1 1 1G2G3 1P4 = G2 ( 1)G3 K 4 = 1 第44頁/共50頁461.基本要求基本要求 通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)該達(dá)到通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)該達(dá)到 1 1）正確理解數(shù)學(xué)模型的概念。）正確理解數(shù)學(xué)模型的概念。 2 2）了解動(dòng)態(tài)微分方程建立的一般方法。）了解動(dòng)態(tài)微分方程建立的一般方法。 3 3）掌握運(yùn)用拉氏變換法解微分方程的方法，并理解）掌握運(yùn)用拉氏變換法解微分方程的方法，并理解解的結(jié)構(gòu)、零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)等概念。解的結(jié)構(gòu)、零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)等概念。 4 4）正確理解傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)和意義。）正確理解傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)和意義。 5 5）正確理解系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、）正確理解系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、前向通道傳遞函數(shù)，并對(duì)重要傳遞函數(shù)如：控制輸入前向通道傳遞函數(shù)，并對(duì)重要傳遞函數(shù)如：控制輸入下閉環(huán)傳遞函數(shù)、擾動(dòng)輸入下閉環(huán)傳遞函數(shù)、誤差傳下閉環(huán)傳遞函數(shù)、擾動(dòng)輸入下閉環(huán)傳遞函數(shù)