动态结构图自动控制原理课件.pptVIP

第二章 数学模型 2.3 闭环控制系统的动态结构图 一、动态结构图的概念 二、动态结构图的建立 负载效应： * 控制系统的动态结构图是系统各元部件特性、系统结构和信号流向的图解表示法。 控制系统的动态结构图形象、直观、易于求出系统的传递函数。 当s=0时，动态结构图表示系统中各变量之间的静特性关系，称为静态结构图。 C ω 可控硅 整流器 + R2 R1 － if ua － ＋ +E ur R1 ir i2 if uk + － 测速发电机 图2-19 速度控制系统 电动机 uf 可控硅 整流器 直流 电动机 PI 调节器 测速发电机 － ur uk ua ω uf 传递函数或方程 方框图 PI 调节器 － Ur(s) Uf(s) Uk(s) ΔU(s) 可控硅整流器 Uk(s) Ua(s) 电动机 Ua(s) Ω(s) 测速发电机 Ω(s) Uf(s) 动态结构图：对于控制系统的(功能)方框图，若每个环节用它们的特性表示，建立环节的数学关系式，不仅定性而且定量地描述了系统的结构和控制关系，这种图形称为函数方框(块)图，又叫系统或环节的动态结构图，简称结构图。它由综合点、引出点、(函数)方框和有向线段(信号线)组成。 － Ur(s) Uf(s) Uk(s) ΔU(s) Ua(s) Ω(s) 图 2-21 速度控制系统结构图 综合点 引出点 函数方框 有向线段 动态结构图建立的步骤： 　　1、根据系统中信号的传递过程，将系统划分为若干个元部件或环节。 　　2、确定各元部件或环节的输入量与输出量，求出元件或环节的传递函数，或写出元件或环节输出变量的拉氏变换表达式。 　　3、绘出各元件或环节的动态结构图。 　　4、将系统的输入量放在最左端，输出量放在最右端，按照系统中信号的传递顺序，依次将各元件的结构图连接起来，得到系统的动态结构图。 图2-27 位置随动系统 放大器 uf E ua － ＋ us － ＋ Ra La ia Eb ＋ － Z1 Z2 JL fL θr θc θc θm 例 2-6 位置随动系统广泛地应用在记录仪表、机床、电动调节阀、火炮和雷达等自动化设备中。角位移随动系统如图2-27所示。该系统用来控制转动惯量为JL、粘性摩擦系数为fL的机械负载，使它的角位置θc与输入手柄的角位置θr同步，试绘制系统的动态结构图。 直流 电动机 减速器 放大器 角度误差 检测器 － ua θr θc us θc θm 位置误差检测器 － Θr(s) Θc(s) Us(s) Θe(s) 放大器 Us(s) Ua(s) KA 减速器 Θm(s) Θc(s) 图2-27 位置随动系统 放大器 uf E ua － ＋ us － ＋ Ra La ia Eb ＋ － Z1 Z2 JL fL θr θc θc θm 电动机(第一种情形) (2-44) 其中 (折算到电动机轴上的总等效转动惯量) (折算到电动机轴上的总等效粘性摩擦系数) (电动机转子和主动齿轮轴上的等效转动惯量) J1 (电动机转子和主动齿轮轴上的等效粘性摩擦系数) J2 － ML(s) Θm(s) Ua(s) 电动机(第二种情形)：式(2-39)~(2-42)或(2-75)~(2-78) (忽略La) － Eb(s) Θm(s) Ua(s) ML(s) Mm(s) － － Eb(s) Θm(s) Ua(s) ML(s) Mm(s) － － Θr(s) Θc(s) Θe(s) Us(s) KA Θc(s) 图2-30 La=0的位置随动系统结构图 － Θr(s) Θc(s) Θe(s) Us(s) KA Θc(s) － ML(s) Θm(s) Ua(s) － 例2-7 试绘制图2-33所示RLC网络的动态结构图 i1 i2 R1 R2 L C ur ＋ － uc ＋ － u1 ＋ － 图2-33 RLC网络 电感 电阻R1 电阻R2 电容 根据以上各式绘制的网络动态结构图如图2-34所示。 I1 U1 I2 Uc Ur － － － 图2-34 RLC网络的结构图 使用电位器时应注意负载效应。 R1 R2 u ＋ － E RＬ 图2-12 电位器 空载(RL=∞)时电位器的输出电压 接上负载电阻RL后 *