自动控制理论(3)——控制系统的数学模型(系统框图和信号流图)

系列文章目录

自动控制理论(1)——自动控制理论概述
自动控制理论(2)——控制系统的数学模型(微分方程、传递函数)



一、控制系统框图

1.定义

由具有一定函数关系的环节组成的,且标有信号流向的图

2.组成

1)信号线
2)分支点:表示信号引出或测量的位置
3)相加点:表示对两个以上的信号进行代数运算
4)方框(环节):表示对信号进行数学变换
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3.方框图的等效变换

原则:1)前向通路传递函数乘积保持不变 2)回路中传递函数乘积保持不变

1.串联

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2.并联

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3.反馈连接

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4.相加点和分支点的等效移动

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4.典型闭环控制系统传递函数

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1.R(s)作用下系统闭环传递函数

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2.R(s)作用下偏差传递函数

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3.N(s)作用下系统闭环传递函数

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4.N(s)作用下偏差传递函数

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二、信号流图

1.定义

用来表示一组线性代数方程的图

2.组成

(1)节点:表示变量
(2)支路:连接节点的有向线段
(3)支路增益:表示两个变量的因果关系

3.常用术语

(1) 输入节点: 只有输出支路的节点(又称源节点)。
(2) 输出节点: 只有输入支路的节点(又称汇节点)。
(3) 混合节点: 既有输入支路,又有输出支路的节点。
(4) 前向通路: 从源节点开始到汇节点终止, 而且每个节点只通过一次的通路。
(5) 不接触回路: 若一些回路没有任何公共节点和支路。
(6) 回路增益: 回路中各支路增益(传输)的乘积。

4.信号流图基本性质

(1)用节点表示变量
其中:源节点代表输入量,
汇节点代表输出量,
混合节点代表各支路变量的代数和。
(2)支路表示变量的传输和变换过程
(3)增加一个具有单位传输的支路,可把混合节点
化为汇节点
(4)同一系统的信号流图不唯一。

5.信号流图等效变换

(1)串联支路的总传输等于各支路传输的乘积;
(2)并联支路的总传输等于各支路传输之和;
(3)混合节点可以用移动支路的方法消去;
(4)回环可用反馈连接化为等效支路。

6.梅逊公式

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