1、12一、結(jié)構(gòu)圖的定義一、結(jié)構(gòu)圖的定義二、結(jié)構(gòu)圖的組成二、結(jié)構(gòu)圖的組成三、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的繪制三、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的繪制四、結(jié)構(gòu)圖的等效變換和化簡四、結(jié)構(gòu)圖的等效變換和化簡五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取0 回顧回顧3 sU sG1 sG2 sC sR )(21sGsG sC sR sC1 sG1 sG2 sC sR sC2 )(21sGsG sC sR0 回顧回顧4系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為ABC提交 sE sG sH sC sR sB 1( )( )GsGs Hs 1( )( )GsGs Hs ( )1( )( )GsHsGs Hs單選題1分5AB提交 sG sC s

2、R sC sR sG sC sC? sG sG1單選題1分6 sG sC sR sQ sC sR sG1 sG Q s sG sC sR sQ sC sR sQ)(sG sG0 回顧回顧7 sC sR2 sR1 sR3 sR1 sR2 sR3 sC sR1 sR2 sR3 sC0 回顧回顧 sG sC sR sR sR sR sG sC sR sR sR sG sC sR sR8任何一個自動控制系統(tǒng)，經(jīng)過結(jié)構(gòu)圖的等效變換，可化為如任何一個自動控制系統(tǒng)，經(jīng)過結(jié)構(gòu)圖的等效變換，可化為如下所示的下所示的典型形式典型形式：五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取)(1sG)

3、(2sG)(sH)(sC)(s )(sB)(sF( )R s-控制信號控制信號-被控信號被控信號- -偏差信號偏差信號-擾動信號擾動信號-反饋信號反饋信號( )Rs( )Cs( ) s( )Fs( )Bs9定義：定義：當(dāng)反饋線斷開，并使當(dāng)反饋線斷開，并使 ，系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)，反饋信號的拉氏變換與偏差信號拉氏變換之比。反饋信號的拉氏變換與偏差信號拉氏變換之比。)()()(ssBsGk 1( )G s2( )G s( )H s( )C s( ) s( )B s( )F sR(s)1 1、開環(huán)傳遞函數(shù)、開環(huán)傳遞函數(shù)0)(tf五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳

4、遞函數(shù)及其求取10開環(huán)傳遞函數(shù)的求取開環(huán)傳遞函數(shù)的求取可見可見：系統(tǒng)開環(huán)傳遞：系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)等于前向通路傳函數(shù)等于前向通路傳遞函數(shù)與反饋通道傳遞函數(shù)與反饋通道傳遞函數(shù)的乘積。遞函數(shù)的乘積。12( )( )( )( )( )( )kB sGsGs Gs Hss若令：若令：為前向通路傳遞函數(shù)，為前向通路傳遞函數(shù)，則：則：( )( )( )( )( )kB sGsG s H ss12( )( )( )G sGs Gs五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取)(1sG)(2sG)(sH)(sC)(s )(sB)(sF( )R s11定義：定義：系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與系統(tǒng)輸

5、入量的拉氏變換之比。系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與系統(tǒng)輸入量的拉氏變換之比。)()()(sRsCs 2 對控制量的閉環(huán)傳遞函數(shù)記為：2 對擾動量的閉環(huán)傳遞函數(shù)記為：)()()(sFsCsf 2 2、閉環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取)(1sG)(2sG)(sH)(sC)(s )(sB)(sF( )R s12求取控制量的閉環(huán)傳遞函數(shù)求取控制量的閉環(huán)傳遞函數(shù)令令)(1)()()(1)()()()(1)()()()()(2121sGsGsHsGsGsHsGsGsGsGsRsCsk 0)(tf五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函

6、數(shù)及其求取)(1sG)(2sG)(sH)(sC)(s )(sB( )R s13求取擾動量的閉環(huán)傳遞函數(shù)求取擾動量的閉環(huán)傳遞函數(shù) 此時令此時令 ，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖變形為：，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖變形為：G2(s)H(s)-1G1(s)F(s)R(s)=0C(s)(1)()()(1)()()()(1)()()1)()(1)()()()(22122122sGsGsHsGsGsHsGsGsGsGsHsGsGsFsCskf 0)(tr五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取)(1sG)(2sG)(sH)(sC)(s )(sB)(sF( )R s14系統(tǒng)的輸出量系統(tǒng)的輸出量 當(dāng)系統(tǒng)同時存在控

7、制量和擾動量時，應(yīng)用當(dāng)系統(tǒng)同時存在控制量和擾動量時，應(yīng)用疊加原理疊加原理，得：，得：( )( )( )( ) ( )( )( )rffC sCsCss R ss F s為系統(tǒng)單獨(dú)在為系統(tǒng)單獨(dú)在r(t)r(t)作用下的輸出；作用下的輸出；為系統(tǒng)單獨(dú)在為系統(tǒng)單獨(dú)在f(t)f(t)作用下的輸出。作用下的輸出。( )( )( )rCss R s( )( )( )ffCss F s五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取)(1sG)(2sG)(sH)(sC)(s )(sB)(sF( )R s15定義：定義：系統(tǒng)偏差量的拉氏變換與系統(tǒng)輸入信號的拉氏變換之比。系統(tǒng)偏差量的拉氏變換

8、與系統(tǒng)輸入信號的拉氏變換之比。根據(jù)輸入信號的不同，分為對控制量的偏差傳遞函數(shù)，記為：根據(jù)輸入信號的不同，分為對控制量的偏差傳遞函數(shù)，記為：)()()(sRss 和對被擾動量的偏差傳遞函數(shù)，記為：和對被擾動量的偏差傳遞函數(shù)，記為：)()()(sFssf 3 3、系統(tǒng)的偏（誤）差傳遞函數(shù)、系統(tǒng)的偏（誤）差傳遞函數(shù)五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取)(1sG)(2sG)(sH)(sC)(s )(sB)(sF( )R s16求取控制信號（參考輸入）的偏差傳遞函數(shù)求取控制信號（參考輸入）的偏差傳遞函數(shù)此時令此時令f(t)=0f(t)=012( )111( )( )1(

9、)( )( )1( )( )1( )kssR sGs Gs H sG s H sGs為求取方便，可將系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖變形為如下形式：為求取方便，可將系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖變形為如下形式： 五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取H(s)G2(s)G1(s)R(s)(s)F(s)C(s)17求取擾動信號求取擾動信號f(t)的偏差傳遞函數(shù)的偏差傳遞函數(shù)( )?( )( )?fssF s此時令此時令r(t)=0r(t)=0五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取)(1sG)(2sG)(sH)(sC)(s )(sB)(sF( )R s18的分子是ABCD提

10、交( )?( )( )?fssF s)(1sG)(2sG)(sH)(sC)(s )(sB)(sF( )R s1( )G s2( ) ( )G s H s2( )G s2( ) ( )G s H s單選題1分19求取擾動信號求取擾動信號f(t)的偏差傳遞函數(shù)的偏差傳遞函數(shù))(1)()()()()(1)()()()()(2122sGsHsGsGsHsGsHsGsFsskf 此時令此時令r(t)=0r(t)=0五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取)(1sG)(2sG)(sH)(sC)(s )(sB)(sF( )R s20系統(tǒng)的偏差量系統(tǒng)的偏差量( )( )( )( )

11、 ( )( )( )rffssss R ss F s)()()(sRssr 為在r(t)單獨(dú)作用下的偏差；)()()(sFssff 為在f(t)單獨(dú)作用下的偏差。根據(jù)疊加原理，有：根據(jù)疊加原理，有：五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取例 已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，試求系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 和 。 sR sC sF sG1 sG2 sGC sGF)()(sRsC( )( )C sFs21五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取解：應(yīng)用線性疊加原理，首先令解：應(yīng)用線性疊加原理，首先令 ，則系，則系統(tǒng)方框圖可表示為：統(tǒng)方框圖可表示為：例0)(sF

12、sR sC sG1 sG2 sGC sF sGF22五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取例 化簡內(nèi)回路： sR sC)()()(1)()(2121sGsGsGsGsGC sC sR)()()()()(1)()(212121sGsGsGsGsGsGsGCcGGGGGGGRC2121211得到： 23五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取例再令再令 ，則系統(tǒng)方框圖可表示為：，則系統(tǒng)方框圖可表示為： 0)(sR sF sC sGF sGC sG2 sG1 sR sC sF sG1 sG2 sGC sGF24五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求

13、取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取例可將方框可將方框 和方框和方框 間的比較點(diǎn)后移至方間的比較點(diǎn)后移至方框框 和方框和方框 間：間： sG1 sGC sGF sG2 sF sC sGF sGC sG2 sG1 sG125五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取例再化簡內(nèi)回路再化簡內(nèi)回路 sG1 sGF)()()(1)(212sGsGsGsGc sF sC26五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取例 可將方框后的比較點(diǎn)后移至主通道上：可將方框后的比較點(diǎn)后移至主通道上： )()()(1)()(212sGsGsGsGsGcF)()()(1)

14、()(2121sGsGsGsGsGc sF sC sG1 sGF)()()(1)(212sGsGsGsGc sF sC27五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取兩個子回路分別是并聯(lián)、負(fù)反饋正反饋、負(fù)反饋正反饋、并聯(lián)ABC提交)()()(1)()(212sGsGsGsGsGcF)()()(1)()(2121sGsGsGsGsGc sF sC28單選題1分例再化簡內(nèi)回路再化簡內(nèi)回路)(sF)(sC)()()(1)()()()()(121212sGsGsGsGsGsGsGsGccF)()()()()(1)()()(1212121sGsGsGsGsGsGsGsGcc)(s

15、F)(sC)()()()()(1)()()()()(12121212sGsGsGsGsGsGsGsGsGsGccF得到：ccFGGGGGGGGGGFC21212121129五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取五、自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其求取30系統(tǒng)建模方法：系統(tǒng)建模方法：p時域的微分方程時域的微分方程p復(fù)數(shù)域的傳遞函數(shù)復(fù)數(shù)域的傳遞函數(shù)p結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 31323 3 線性系統(tǒng)的時域分析法線性系統(tǒng)的時域分析法33 常用的系統(tǒng)分析方法常用的系統(tǒng)分析方法：時域分析法、根軌跡法和頻域分析法時域分析法、根軌跡法和頻域分析法，是經(jīng)典控制理論的核心部分，是經(jīng)典控制理論的核心部分。 時域分析法就是利用對系統(tǒng)的微

16、分方程或傳遞函數(shù)時域分析法就是利用對系統(tǒng)的微分方程或傳遞函數(shù)直接求直接求解解，得出得出系統(tǒng)輸出隨時間變化的系統(tǒng)輸出隨時間變化的規(guī)律規(guī)律，從而分析研究控制，從而分析研究控制系統(tǒng)的系統(tǒng)的時間工作特性時間工作特性的方法。的方法。時域分析法是一種直接在時域分析法是一種直接在時間域時間域中對系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法，中對系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法，具有具有直觀直觀、準(zhǔn)確準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，可以提供系統(tǒng)時間響應(yīng)的的優(yōu)點(diǎn)，可以提供系統(tǒng)時間響應(yīng)的全部信息全部信息。34正弦函數(shù)正弦函數(shù)單位加速度函數(shù)單位加速度函數(shù)單位斜坡函數(shù)單位斜坡函數(shù)單位階躍函數(shù)單位階躍函數(shù)單位脈沖函數(shù)單位脈沖函數(shù) 復(fù)域表達(dá)式復(fù)域表達(dá)式 時域表達(dá)式時域表達(dá)式名名

17、稱稱0),(1 tt0, tt0,2/2 tt0),( tt tAsins/12/1 s3/1 s1)/(22 sA在學(xué)習(xí)性能指標(biāo)之前，首先選擇典型輸入信號。在學(xué)習(xí)性能指標(biāo)之前，首先選擇典型輸入信號。一、典型輸入信號一、典型輸入信號35在典型輸入信號的作用下，任一控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)都由在典型輸入信號的作用下，任一控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)都由動態(tài)過程動態(tài)過程（transient response）和）和穩(wěn)態(tài)過程穩(wěn)態(tài)過程（steady-state response）兩部分組成。）兩部分組成。二、動態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程二、動態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程t36控制系統(tǒng)的首要性能是穩(wěn)定性快速性準(zhǔn)確性阻尼性ABCD提交單選題1

18、分371 1、動態(tài)過程、動態(tài)過程動態(tài)過程又稱動態(tài)過程又稱過渡過程過渡過程或或瞬態(tài)過程瞬態(tài)過程，指系統(tǒng)在典型輸入信號，指系統(tǒng)在典型輸入信號的作用下，系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的的作用下，系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過程響應(yīng)過程。動態(tài)過程表現(xiàn)為動態(tài)過程表現(xiàn)為衰減、發(fā)散或等幅振蕩衰減、發(fā)散或等幅振蕩形式。形式。一個實(shí)際可運(yùn)行的系統(tǒng)，其動態(tài)過程一定是衰減的，即系統(tǒng)一個實(shí)際可運(yùn)行的系統(tǒng)，其動態(tài)過程一定是衰減的，即系統(tǒng)是是穩(wěn)定穩(wěn)定的。的。動態(tài)過程可提供系統(tǒng)的穩(wěn)定信息、響應(yīng)速度以及阻尼情況，動態(tài)過程可提供系統(tǒng)的穩(wěn)定信息、響應(yīng)速度以及阻尼情況，以以動態(tài)性能動態(tài)性能來描述。來描述。二、動態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)

19、過程二、動態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程382 2、穩(wěn)態(tài)過程、穩(wěn)態(tài)過程又稱穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，指系統(tǒng)在典型輸入信號的作用下，當(dāng)時間又稱穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，指系統(tǒng)在典型輸入信號的作用下，當(dāng)時間趨于無窮趨于無窮時，系統(tǒng)輸出量的時，系統(tǒng)輸出量的表現(xiàn)方式表現(xiàn)方式。表征系統(tǒng)輸出量最終復(fù)現(xiàn)輸入量的程度，提供系統(tǒng)有關(guān)穩(wěn)表征系統(tǒng)輸出量最終復(fù)現(xiàn)輸入量的程度，提供系統(tǒng)有關(guān)穩(wěn)態(tài)誤差的信息，以態(tài)誤差的信息，以穩(wěn)態(tài)性能穩(wěn)態(tài)性能來描述。來描述?？刂葡到y(tǒng)在典型輸入信號的作用下的性能指標(biāo)，通常由控制系統(tǒng)在典型輸入信號的作用下的性能指標(biāo)，通常由動動態(tài)性能態(tài)性能和和穩(wěn)態(tài)性能穩(wěn)態(tài)性能組成。組成。二、動態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程二、動態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程391 1、動態(tài)性能、動態(tài)

20、性能通常描述穩(wěn)定的系統(tǒng)在通常描述穩(wěn)定的系統(tǒng)在單位階躍函數(shù)單位階躍函數(shù)作用下，動態(tài)過程作用下，動態(tài)過程隨時間的變化狀況的指標(biāo)，稱為隨時間的變化狀況的指標(biāo)，稱為動態(tài)性能指標(biāo)動態(tài)性能指標(biāo)。穩(wěn)定穩(wěn)定是控制系統(tǒng)能夠運(yùn)行的是控制系統(tǒng)能夠運(yùn)行的首要條件首要條件，只有當(dāng)動態(tài)過程，只有當(dāng)動態(tài)過程收斂時，研究系統(tǒng)的動態(tài)性能才有意義。收斂時，研究系統(tǒng)的動態(tài)性能才有意義。三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能40單位階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng))(h)(th)(9.0h)(5.0h)(1.0h0上升時間峰值時間調(diào)節(jié)時間延遲時間超調(diào)量誤差帶穩(wěn)態(tài)誤差tt三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能41延遲時間（延遲時間（d

21、elay timedelay time）響應(yīng)曲線第一次到達(dá)其響應(yīng)曲線第一次到達(dá)其終值一半終值一半所需的時間所需的時間dt)(h)(th)(9.0h)(5.0h)(1.0h0上升時間峰值時間調(diào)節(jié)時間延遲時間超調(diào)量誤差帶穩(wěn)態(tài)誤差tt三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能42上升時間（上升時間（rise timerise time）響應(yīng)從終值的響應(yīng)從終值的10%10%上升到終值的上升到終值的90%90%所需的時間所需的時間rt)(h)(th)(9.0h)(5.0h)(1.0h0上升時間峰值時間調(diào)節(jié)時間延遲時間超調(diào)量誤差帶穩(wěn)態(tài)誤差tt三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能43上升時間亦可定

22、義為響應(yīng)從上升時間亦可定義為響應(yīng)從零第一次零第一次上升到上升到終值終值所需的時間所需的時間。上升時間是。上升時間是系統(tǒng)響應(yīng)速度系統(tǒng)響應(yīng)速度的一種度量。的一種度量。)(h)(th)(9.0h)(5.0h)(1.0h0上升時間峰值時間調(diào)節(jié)時間延遲時間超調(diào)量誤差帶穩(wěn)態(tài)誤差tt三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能44峰值時間（峰值時間（peak timepeak time） 響應(yīng)超過其終值到達(dá)響應(yīng)超過其終值到達(dá)第一個峰值第一個峰值所需的時間所需的時間pt)(h)(th)(9.0h)(5.0h)(1.0h0上升時間峰值時間調(diào)節(jié)時間延遲時間超調(diào)量誤差帶穩(wěn)態(tài)誤差tt三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能45調(diào)節(jié)時間（調(diào)節(jié)時間（settling timesettling time） 響應(yīng)到達(dá)并響應(yīng)到達(dá)并保持在終值保持在終值5%(5%(2%)2%)內(nèi)內(nèi)所需的最短時間所需的最短時間st)(h)(th)(9.0h)(5.0h)(1.0h0上升時間峰值時間調(diào)節(jié)時間延遲時間超調(diào)量誤差帶穩(wěn)態(tài)誤差tt三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能三、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能46超調(diào)量（超調(diào)量（percent overshootpercent overshoot） 指響應(yīng)的指響應(yīng)的最大偏離量最大偏離量與終值之差與終值比的百分?jǐn)?shù)與終值之差與終值比的百分?jǐn)?shù)%)(h)(th)(9.0h)(5