动态结构图自动控制原理课件.ppt

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1、2.3闭环控制系统的动态结构图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。1一、动态结构图的概念Cω可控硅整流器+R2R1－ifua－＋+EurR1iri2ifuk+－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－urukuaωuf2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)

2、Uf(s)3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4二、动态结构图的建立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

3、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。5图2-27位置随动系统放大器ufEua－＋us－＋RaLaiaEb＋－Z1Z2JLfLθrθcθcθm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

4、器－uaθrθcusθcθm6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ufEua－＋us－＋RaLaiaEb＋－Z1Z2JLfLθrθcθcθm7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)8电动机(第二种情形)：式(2-39)~(2-42)或(2-75)~(2-78)(忽略La

5、)－Eb(s)Θm(s)Ua(s)ML(s)Mm(s)－9－Eb(s)Θm(s)Ua(s)ML(s)Mm(s)－－Θr(s)Θc(s)Θe(s)Us(s)KAΘc(s)图2-30La=0的位置随动系统结构图－Θr(s)Θc(s)Θe(s)Us(s)KAΘc(s)－ML(s)Θm(s)Ua(s)－10例2-7试绘制图2-33所示RLC网络的动态结构图i1i2R1R2LCur＋－uc＋－u1＋－图2-33RLC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。I1U1I2UcUr－－－图2-34RLC网络的结构图11负载效应：使用电位器时应注意负

6、载效应。负载效应R1R2u＋－ERＬ图2-12电位器空载(RL=∞)时电位器的输出电压负载效应：接上负载电阻RL后12负载效应：i1i2R1R2LCur＋－uc＋－u1＋－图2-22RLC网络按虚线将网络分为两级，而不考虑两级电路之间的负载负载效应：传递函数在绘制动态结构图时，应考虑相邻元部件之间的负载效应。如果后一个元部件的接入，对前一个元部件输出信号的影响可以忽略，则可以将这两个元部件的方框连接在一起。在系统分析和设计时，应特别注意负载效应的影响。13