B站网课——控制系统的结构图

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一、系统结构图的组成

概念

3. 比较点

• 表示对两个以上的信号进行加减运算
• ”+“表示相加（通常情况下可以省略不写）
• ”-“表示相减（一定会写）

4. 方框（或环节）

• 表示对信号进行的数学变换
• 方框中写入元部件或系统的传递函数
• 方框的输出量等于方框的输入变量与传递函数的乘积

二、绘制控制系统结构图

绘制系统结构图的一般步骤

1. 分别列写系统各元部件的微分方程或传递函数
2. 用方框图表示上述方程
3. 根据各元部件的信号流向，依次用信号线将各方框连接起来，就得到了系统的结构图

例题

例1

• 已知速度控制系统如下，试绘制速度控制系统的结构图。
  
• 速度控制系统的方块图如下
  
  (1) 运算放大器1
  

(2) 运算放大器2

(3) 功率放大器

(4) 直流电动机(下图中$C_e$处为$\frac{1}{C_e}$)

(5) 齿轮系

(6) 测速发电机

按信号的流向把各方框图连接起来

由此得到速度控制系统的结构图。

三、结构图的等效变换和化简

方框图化简的一般思路

1. 移动引出点或比较点，使方框间的连接成为三种基本连接的一种（串联、并联、反馈）
2. 按一定法则进行方框运算、合并
3. 在简化的过程中必须坚持“等效原则”

串联方框的等效简化

• 串联连接：前一方框的输出为后一方框的输入
  

并联方框的等效化简

• 并联连接：两个方框有相同的输入量，输出量等于两个方框的代数和
  

反馈连接方框的等效简化

• 反馈连接：输入信号与反馈信号相减或相加，如图
  • “+”：正反馈，输入信号与反馈信号相加
  • “-”：负反馈，输入信号与反馈信号相减
    

引出点移动

• 前移
  

• 后移
  

比较点移动

比较点合并（也可拆开）

移动引出点时不能跨越比较点
移动比较点时不能跨越比较点

例题

例1

1. 引出点后移
   

2. 引出点拆开
   

3. 反馈化简（3个圈）
   

例2

1. 比较点前移或后移到一起
   
2. 把比较环节拆成两个
3. G1和G3并联
4. G2，G1和H1形成反馈

例3

1. 有一个引出，所以G3和H2不能当成一个反馈，故移动引出点
   
2. 比较点前移
   
3. 上图红笔两个环形成反馈，化简
4. 前面的反馈和G2串联
5. 中间的比较点分开
6. 可以把中间的比较点前移动，再将两个比较点合并

例4

1. 将比较点的负号移到方框内，方便化简
   
2. 引出点后移——除
   
3. 串联，反馈化简
   
4. 比较点前移
   
5. 比较点分开，串联化简
   
6. 反馈化简
   
7. 反馈化简
   

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