第二章 控制系统数学模型  

 

2.4 控制系统结构图与信号流图

 

(3)反馈连接的等效变换

图2-28(a)为反馈连接的一般形式,其等效变换结果如图2-28(b)所示。

由图2-28(a) 得:

消去E(s)和B(s),得:

因此 :

式(2.34)为系统的闭环传递函数。式中分母的加号,对应于负反馈;减号对应于正反馈。H(s)=1,称作单位反馈,此时:

(4)相加点与引出点的移动

a.相加点前移

图2-29表示了相加点前移的等效变换。

移动前图a,信号关系为:

移动后图b,信号关系为:

b. 相加点之间的移动

图2-30为相邻两个相加点前后移动的等效变换。

c. 引出点后移

在图2-31中给出了引出点后移的等效变换。

移动后的支路上的信号为:

d. 相邻引出点之间的移动

若干个引出点相邻,引出点之间相互交换位置,完全不会改变引出信号的性质。如图2-32所示。

3. 结构图变换举例

例2.3 求系统的闭环传递函数GB (s)

图2-29系统结构图有两个反馈回路,里面的称为局部反馈回路,外面的称为主反馈回路。

例2.4 简化图2-34所示系统的结构图,并求系统传递函数C(s)/R(s)。

解: 将相加点后移,然后交换相加点的位置,将图2-34化为图2-35(a)。然后,对图2-35(a)中由G2,G3,H2组成的小回路实行串联及反馈变换,进而简化为图2-35(b)。

再对内回路再实行串联及反馈变换,则只剩一个主反馈回路。如图2-35(c)。

最后,再变换为一个方框,如图2-35(d),得系统总传递函数:

例2.5 将图2-36所示两级RC网络串联的结构图化简,并求出此网络的传递函Uc(s)/Ur(s)。

解 图2-36结构图中,必须先移动相加点与引出点。

相加点与引出点合理移动后,消除了交叉关系,如图2-36(a)所示。然后化简两个内回路,得到图2-36(b),最后实行反馈变换,即得网络传递函数,见图2-36(c)。

简化结构图求总传递函数的一般步骤:

1. 确定输入量与输出量,如果作用在系统上的输入量有多个(分别作用在系统的不同部位),则必须分别对每个输入量逐个进行结构变换,求得各自的传递函数。对于有多个输出量的情况,也应分别变换。

2. 若结构图中有交叉关系,应运用等效变换法则,首先将交叉消除,化为无交叉的多回路结构。

3. 对多回路结构,可由里向外进行变换,直至变换为一个等效的方框,即得到所求的传递函数。