《机械控制工程资料》PPT课件.ppt

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1、4典型环节及其传递函数1、比例环节（又叫放大环节）特点：输出量按一定比例复现输入量，无滞后、失真现象。运动方程:c(t)=Kr(t)K——放大系数，通常都是有量纲的。传递函数：2-3控制系统的复数域数学模型—传递函数1例1：输入：(t)——角度E——恒定电压输出：u(t)——电压运动方程：u(t)=K(t)传递函数：K——比例系数，量纲为伏/弧度。2例2：输入：n1(t)——转速Z1——主动轮的齿数输出：n2(t)——转速Z2——从动轮的齿数运动方程：传递函数：3其它一些比例环节42、微分环节特点：动态过程中，输出量正比于输入量的变化速度。运

2、动方程：传递函数：5例1RC电路设：输入——ur(t)输出——uc(t)消去i(t)，得到：运动方程：传递函数：（Tc=RC）当Tc<<1时，又可表示成：63、积分环节特点：输出量的变化速度和输入量成正比。运动方程：传递函数：7例1：积分电路输入为r(t)，输出为c(t)运动方程：传递函数：（T=R1C）84、惯性环节(又叫惰性环节)特点：此环节中含有一个独立的储能元件，以致对突变的输入来说，输出不能立即复现，存在时间上的延迟。运动方程：传递函数：RC充电电路时间常数T＝RC，当T小时，充电快9例：单容水槽（水位控制系统的被控对象）105、振荡环

3、节特点：包含两个独立的储能元件，当输入量发生变化时，两个储能元件的能量进行交换，使输出带有振荡的性质。运动方程：传递函数：式中：——阻尼比，T——振荡环节的时间常数。)(sR)(sC12122++TssTV)(sR)(sC12122++TssTV11例1：RLC电路解：消去中间变量i(t)得到运动方程：传递函数：12例2：机械装置输入----------力：f(t)，输出----------位移：x(t)。微分方程式中：K——弹簧弹性系数；M——物体的质量，B——粘性摩擦系数。传递函数：136、一阶微分环节特点：此环节的输出量不仅与输入量本身有

4、关，而且与输入量的变化率有关运动方程：传递函数：G(s)=Ts+114RC电路15一阶微分环节可看成一个微分环节与一个比例环节的并联，其传递函数和频率特性是惯性环节的倒数。167、二阶微分环节特点：输出与输入及输入一阶、二阶导数都有关运动方程：传递函数：可以看出，二阶微分环节的传递函数是振荡环节的倒数。17特点：c(t)完全复现r(t)，但滞后一个固定时间8、延迟环节（时滞、滞后）在实际中，大量系统都存在滞后，当滞后不严重时，常忽略。但延迟较大时，不可忽略。0t1r(t)0t1c(t)tt18有纯延迟的单容水槽19小结（1）不同物理性质的系统，可

5、以有相同形式的传递函数。例如：前面介绍的振荡环节中两个例子，一个是机械系统，另一个是电气系统，但传递函数的形式完全相同。（2）同一个系统，当选取不同的输入量、输出量时，就可能得到不同形式的传递函数。例如：电容：输入—电流，输出—电压，则是积分环节。反之，输入—电压，输出—电流，则为微分环节。20反向通道函数误差前向通道函数引出点输入输出比较点2-4控制系统的结构图及信号流图控制系统的结构图是描述系统各组成元件之间信号传递关系的数学图形＝原理图＋元件数学模型。特点：直观。1控制系统结构图的组成和绘制21（1）方框（方块）:表示输入到输出单向传输间的

6、函数关系。G(s)R(s)C(s)图2-11方框图中的方框信号线方框r(t)c(t)信号线：带有箭头的直线，箭头表示信号的流向，在直线旁标记信号的时间函数或象函数。方框图（结构图）的四要素：22+X1X1+X2X2+X1X1X2+X2-X3比较点示意图X3-（2）比较点（汇合点、综合点）两个或两个以上的输入信号进行加减比较的元件。“+”表示相加，“-”表示相减。“+”号可省略不写。注意：进行相加减的量，必须具有相同的量纲。23(3)引出点（分支点、测量点）表示信号测量或引出的位置分支点示意图)X(s)X(s)R(s)C(s)(1sG)(2sG特别

7、要注意：同一位置引出的信号大小和性质完全一样。24例1试推导并绘制如图所示电路图的结构图教材例2-19，P5725建立方框图的步骤：对系统各部分列写微分方程（或传函），前一环节的输出为下一环节的输入按信号传递顺序，依次将各部件连接26例2272系统结构图的等效变换和简化为了由系统的方块图方便地写出它的闭环传递函数，通常需要对方块图进行等效变换。方块图的等效变换必须遵守一个原则，即变换前后各变量之间的传递函数保持不变。在控制系统中，任何复杂系统的方框图都主要由串联、并联和反馈三种基本形式连接而成。三种基本形式的等效法则一定要掌握。其他变化（比较点的

8、移动、引出点的移动、比较点和引出点之间不能互移）以此为基础（目标）。28特点：前一环节的输出量就是后一环节的输入量。结论：串联环节的等效