自动控制理论 第五章 过程控制 5.2 被控对象的动态特性

2.4 控制系统的结构图

2.4  控制系统的结构图

在控制系统的分析研究中，结构图（也称为方块图或方框图）得到了广泛的应用。控制系统的结构图能直观地反映信号从输入到输出的传递过程，清楚地表明系统各环节间的连接关系和系统的工作原理，便于求取控制系统的传递函数，是控制系统分析、设计的有力工具。 2.4.1  结构图的基本要素组成控制系统结构图的基本要素有：函数方块、比较环节（相加点或结合点）、分支点（或引出点）。图2.17是一个函数方块，方框中写入该环节的传递函数，表示这个方块代表的环节的动态特性。是该环节的输入变量，是该环节的输出变量。它清楚地表明了该环节信号间的运算关系。对于一个函数方块，信号的传递必须是单向的。

图2.18 相加点与分支点（a)相加点；（b)分支点

图2.18（a)是比较环节的一种表示方法。图中的运算符号表示了信号间的运算关系。它表示了多个输入变量经代数求和运算后输出

图2.18（b)是分支点的表示方法。在分支点上，不论有多少个分支引出，引出后的分支所代表的都是同一变量，即

分支点只表示信息的传递关系而不表示能量或物质的传输关系。

2.4.2  环节的基本连接方式环节间的相互组合，即函数方块间相互连接的基本方式有3种：串联、并联和反馈连接。1、串联两个环节的串联入图2.19（a）所示。环节串联时，前一个环节的输出是后一个环节的输入。两个串联的环节可以等效为一个环节，其传递函数为

图2.19 环节的串联（a）两个环节串联（b）等效传递函数

两个环节串联时，等效传递函数（称为总传递函数）是串联环节传递函数的乘积。这个概念可以推广到有限个环节的串联。当有限个环节串联时，总传递函数是各串联环节传递函数的乘积。在分析两个环节是不是串联时，需要注意的是当后一个环节对前一个环节发生影响时（即存在负载效应），若视为串联环节，就违反了信号单向传递的原则。这种情况下只能把它们作为一个整体来考虑。例14  图2.20（a）是一个积分电路，（b）是另一电路；能不能把（b）所示的电路看成是（a）所示的积分电路的串联呢？图2.20（a）所示的积分电路，应用复阻抗法很容易求出其传递函数

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图2.20 RC 电路（a）积分电路;(b)RC电路