自动控制原理（5）——结构图的绘制
自动控制原理（5）——结构图的绘制
结构图：对控制系统信号间的函数关系和传递关系的图形表达，又称为方框图、方块图
为什么引入结构图？
- 原理图能够反映系统的物理结构，但缺少系统中各变量间的定量关系
- 微分方程和传递函数模型，都是用数学表达式来描述输入和输出间的定量关系。但是它们都不能反映系统内部信号间的关系
引入结构图的优点
- 一方面可以向原理图一样直观的表明内部的连接关系，体现信号的流动情况
- 另一方面又结合了传递函数的优点，能够描述系统内部变量间的定量关系。进而可以化简得到输入和输出间的定量关系
结构图的组成
信号线：是带有箭头的有向线段，箭头表示信号的流向。在信号线旁标记信号的时间函数或象函数
引出点（取出点，分支点）：表示信号引出或测量的位置。从同一位置引出的信号在数值和性质上完全相同
综合点（加减点、比较点）：表示对两个以上的信号进行加减运算，“+”表示相加，“-”表示相减。“+”可以忽略不写 注：进行相加或相减的量应具有相同的量纲单位
方框：表示对输入信号进行数学变换，产生输出信号
信号的箭头指向方框的为输入信号，箭头离开方框的为输出信号。方框中写入相应的数学变换表达式，通常是传递函数
方框的输出的象函数=输入的象函数×方框中的传递函数
制图步骤
- 确定系统的输入量和输出量
- 建立原始的微分方程和代数方程
- 对原始方程进行拉氏变换，并作出相应的子方块图
- 信号，用信号线表示
- 相同的信号，用引出点表示
- 加法和减法，用综合点表示
- 乘法和除法，用方框表示
- 置系统的输入变量与左端，输出变量与右端
- 按系统中各变量的传递顺序，依次将各子方框图连接起来
基本连接方式
- 串联：方框与方框首尾相连，前一方框的输出为后一个的输入
- 并联：几个方框具有同一个输入，而各方框输出的代数和为总的输出
- 反馈：前一方框的输出为另一方框的输入，得到的输出再返回作用于前一方框的输入端
- 前向通路：从输入到输出的信号通路，其传递函数为前向通道传递函数
- 反馈通路：从输出返送到输入的信号通路，其传递函数为反馈通路传递函数
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