3.2 系统的分析
合集下载
高中通用技术 3.2系统的基本特性分析教案 地质版
第二节系统的基本特性分析系统是由相互依存的若干个部分组成的、具有特定功能的有机整体。
篮球队是有若干个队员组成，每一个队员相互配合，相互信任，一起努力，最终达到打好比赛的目的。
知新系统是由相互依存的若干个部分组成的、具有特定功能的有机整体。
系统都存在于一定的环境中，系统必须适应外部环境的变化。
分析篮球队系统（1）是一个整体，每个队员的状态都影响着整个球队（2）每个队员的都要相互信任，配合好（3）以打赢比赛为目（4）受场地、天气等因素的影响教学过程（一）整体性系统是一个整体，他不是各个要素（部分）简单相加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状态下所没有的。
整体性是系统最基本的特性，也是观察和分析系统最基本的思想和方法。
例如：自行车条辐的调整，动一条整个车轮都发生改变。
例1：一堆沙子，钢材，水泥和绳索散放在一起没有什么意义，但如果将它们按照一定的结构形成一个整体，如迁成一座悬索桥，就具有了交通的功能，而若某一根绳索出现故障，就可能影响整座桥正常使用。
例2：美国“阿波罗”计划中的飞船和运载火箭是由700多万个零件组成。
这些零件都很普通，甚至没有一个是新研制的，为什么能实现把人送上太空的功能？【思路】各部分按照一定的结构组成了系统，从而实现了整体的功能。
1+1>2例3：传说，法国著名雕塑家罗丹曾经给文学家巴尔扎克雕了一座塑像。
塑像雕好之后，大受人们的称赞，人们特别对雕像上巴尔扎克的一双手赞不绝口，都说这双手太逼真、太生动了。
罗丹听到人们的议论后，却毫不犹豫地从塑像上砍去了这双手。
罗丹这样做的目的何在，雕塑家的这一行为给你以怎样的启示？让人们看到其它的美所在。
不能离开整体去分析任何一个组分，一个系统组织的好不好，就看它的整体功能实现的怎样。
罗丹砍去雕塑双手的目的在于使人们注意雕像的整体，而不仅仅是注意这双手。
【思路】做任何事情都要重视整体效应，必要的时候要舍得抛弃部分而保留整体。
例4：三个和尚的故事说明了什么？“三个臭皮匠顶个诸葛亮”又说明了什么？【思路】系统不是各个元素（组分）的简单相加。
3.2 闭环系统的传递函数
G0 (s ) = G (s )
p
0 .2 3s + 1.25
q y
4 G0 (s ) = s + 1.25
v
e
4 s + 1.25
§3.2 闭环系统的传递函数
2.关系：闭环传函的分母 = 开环传函+1
练习：系统结构图如图，试求Wyr (s ) 和 Wyf (s )
G (s ) 消去E(s )得： Y (s ) Y (s ) G (s ) Wyx (s ) = = X ( s ) 1 + G ( s )H ( s )
1 消去Y(s )得： E (s ) = X (s ) 1 + G (s )H (s ) E (s ) 1 = ∴ Wex (s ) = X (s ) 1 + G (s )H (s )
§3.2 闭环系统的传递函数
一、闭环系统的传函
X (s ) E (s ) G (s ) H (s )
1、基本概念： 1）前向通道：从偏差（e）到输出（y）的通道 2）反馈通道: 从输出（y）到偏差（e）的通道 2、闭环系统的传函W(s)
Y (s ) X (s ) E (s )
G (s )
Y (s )
Y (s ) X (s ) = 0，Wyp (s ) = = 1 + Gc (s )G p (s )F (s ) P(s )
Y2 (s ) = W yp (s ) × P(s )
G p (s )
∴Y (s ) = Y1 (s ) + Y2 (s )
= W yx (s ) ⋅ X (s ) + Wyp (s ) ⋅ P(s )
= 1 +G c (s )G p (s )F (s ) G c (s )G p (s ) ⋅ X (s ) + 1 +G c (s )G p (s )F (s ) G p (s ) ⋅ P(s )
3.2系统的分析ppt
湖北省的孝襄高速公路总投资额达72亿元人民币，是“十五” 期间该省投资规模最大、建设里程最长的一条高速公路 。
按照设计方案，孝襄高速公路要穿越占地面积达19km2的“洛 阳银杏保护区”，2万多棵树龄在百年以上的古银杏树将 面临毁灭性的破坏。银杏树的成长周期特别长，移栽成活 率极低，一旦被毁损，势必破坏当地的生物多样性。
三是保住了当地百姓的致富资源。
二、系统的优化
系统优化：
是在给定的条件下，根据系统的优化目标，采取一定的手段 和方法，使系统的目标值达到最大（或最小）。
目标函数
目标函数是系统目标与系统中的某些元素之间的关系。
约束条件
约束条件是对系统的功能起着限制作用、并且是不能人为调 节的因素。
影响系统优化的因素
农作物种植系统的优化----农业间作套种
综合性原则
系统分析还需要考虑设计方案出台所带来的后果。有的 工厂在生产产品的同时，也向周围环境排放出“三废”， 造成污染；毁林开荒虽然能收获农产品，但造成水土流 失，贻害很大 某些情况下，综合若干方案的优点，会取得意外效果。 现代医学采用中西医结合的方法攻克了很多疑难杂症； 农业为了保水，可以配合地面水库、地下水库、土壤 水库、绿色水库（山区造林种草，每亩地可蓄水20m3） 等不同的方案综合进行。
系统分析的目的是：寻求解决问题的最佳决策。
系统分析的显著特点是完整地而不是零星 地处理问题，考虑各种主要变化的因素及其相 互的影响，全面地思考和解决问题。 借助于系统分析，可以正确地提出整体目 标，恰当地选择方案，科学地确定行动的方略。
系统分析的步骤
明确问题，设立目标 ：明确要研究问题的性质和范围， 提出所要达到的目标，明确约束条件。 收集资料，制定方案 ：收集相关资料，制定解决问题 的各种备选方案，预计可能产生的各种结果。 检验核实，作出决策 ：如果对制定的方案不满意，还 可按上述程序反复进行，直到获的满意为止。 分析计算，评价比较 ：对资料和数据做必要的计算， 进行各子系统的分析，再进行系统的整体分析，将各种方案 进行评价对比，选择最佳方案。
3.2系统的分析
系统分析的显著特点是完整地而不是零星地处理问 题，考虑各种主要变化的因素及其相互的影响， 全面地思考和解决问题。 借助于系统分析，可以正确地提出整体目标，恰当 地选择方案，科学地确定行动的方略。
系统分析的出发点还是为 了发挥系统的整体功 能，目的是寻求解决 问题的最佳决策，而 生产和生活中的一些 问题，往往存在着许 多相互关联的因素和 一些不确定的因素， 所以最佳决策只是在 若干方案中寻求的相 对令人满意的方案。
☆ 什么是系统分析 每个人都会面临选择、面临决策。决策方法有 经验决策和科学决策，经验决策是人们惯用的方法， 有时可能会导致失误；科学决策则可以最大限度地 减少失误。系统分析就是一种科学决策的方法。
在人口规模很小的县城，道路状况简单，公共交通线路的 决策也简单，设计者凭借经验，可以完成公交线路的设计。 在上百万人口规模的大城市，道路状况复杂，市民对交通 的需求趋于多样化，这时若凭经验规划公交线路，容易顾此失 彼，出现失误。
参阅P79
优选法是快速寻找最佳方案的科学方法。具体的优选法有很多， 如黄金分割法、分数法、对分法等，这里只介绍黄金分割法。 黄金分割法也称0.618法，它是优选法的一种。以技术试验为 例，先把整个试验范围看做1，然后在整个试验范围的0.618 处选点做第一次试验，再在倒过来的0.618处选点做第二次 试验，比较两次试验的结果，去掉效果差的那个点以外的试 验范围部分； 再在余下的范围内继续采用这种方 法，再比较试验结果，这样逐渐 缩小试验范围，迅速找到试验目 标。
综合考察全市的道路状况、人口密度的分布、不同区域 的居民对公共交通的要求等，运用科学的方法进行综合分析 和研究，就能找出城市公交线路规划设计的最佳方案。 这种为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学 的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此 基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提 出改进方案的过程，就是系统分析。
第3章_时域瞬态响应分析_3.2一阶系统的瞬态响应
(t ≥ 0)
1 斜率 − 2 T
1 0.368 T
1 − t /T xo (t ) = e T
T
一阶系统三种典型输入信号及响应关系： 一阶系统三种典型输入信号及响应关系：
xi (t ) = t
输 入
xt (t ) = t − T + Te x1 (t ) = 1 − e 1 1 −T t xδ (t ) = e T
x0(t) 1
1/T
xo(t)=1-e-t/T
86.5%
0
63.2%
95.0%
98.2%
T
2T
3T
4T
t
特点 一阶惯性系统总是稳定的，无振荡。 （1）一阶惯性系统总是稳定的，无振荡。 曲线上升到0.632的高度 。 反过来 ， 的高度。 （ 2 ） 经过时间 T ， 曲线上升到 的高度 反过来， 如果用实验的方法测出响应曲线达到0.632的时间 ， 的时间， 如果用实验的方法测出响应曲线达到 的时间 即是惯性环节的时间常数。 即是惯性环节的时间常数。 经过时间3 响应曲线达稳定值的95 95％ （3）经过时间 3T～ 4T，响应曲线达稳定值的95％～ 98％ 可以认为其调整过程已经完成， 98 ％ ， 可以认为其调整过程已经完成 ， 故一般取调 整时间( 整时间(3～4)T。 响应曲线的切线斜率为1/T。 （4）在t＝0处，响应曲线的切线斜率为 。
注意： 该性质只适用于线性定常系统， 注意 ： 该性质只适用于线性定常系统 ， 不适用于 线性时变系统和非线性系统。 线性时变系统和非线性系统。
1 T T = 2− + s s s+ 1 T
单位斜坡响应为 x0 (t ) = t − T + Te
3.2.电力系统稳定性分析分类
电力系统稳定性分析电力系统稳定性分析l电力系统稳定性是电力系统受到事故扰动后保持稳定运行的能力。
l通常根据动态过程的特征和参与动作的元件及控制系统，将稳定性的研究划分为：Ø静态稳定Ø暂态稳定Ø电压稳定Ø小扰动动态稳定Ø中长期动态稳定电力系统稳定性分析l静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非同期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力电力系统稳定性分析l暂态稳定是指电力系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。
通常指保持第一或第二个振荡周期不失步的功角稳定，电力系统稳定性分析l动态稳定Ø动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。
Ø动态稳定的过程可能持续数十秒至几分钟。
后者包括锅炉，带负荷调节变压器分接头，负荷自动恢复等更长响应时间的动力系统的调整，又称为长过程动态稳定性。
电压失稳问题有时与长过程动态有关。
Ø与快速励磁系统有关的负阻尼或弱阻尼低频增幅振荡可能出现在正常工况下，系统受到小扰动后的动态过程中，称之为小扰动动态稳定，或系统受到大扰动后的动态过程中，一般可持续发展10～20s后，进一步导致保护动作，使其它元件跳闸，问题进一步恶化。
电力系统稳定性分析l电压稳定电压稳定是指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。
无功功率的分层分区供需平衡是电压稳定的基础。
电压失稳可表现在静态小扰动失稳，暂态大扰动失稳及大扰动动态失稳或长过程失稳。
电压失稳可以发生在正常工况，电压基本正常的情况下，也可能发生在正常工况，母线电压已明显降低的情况下，也可能发生在受扰动以后。
3.2 系统的基本特性分析
，以及成本、安全性
等，确定第4种方案为最终方案。
反思：如果仅仅在前面3个方案上优化，
无论如何都得不到方案4的巨大效益。分析
人员运用其专业知识，将石油中的原油和 天然气的运输作为一个整体进行系统分析， 获得了成功，体现了系统分析的实际价值。
3、学写简单的系统分析报告
系统的这些基本特性，就构成了系统的基本 思想。 即：从系统的整体、部分、功能、环境等各 个方面综合分析一个系统
2、系统分析的基本方法
运用 系统的思想 和 定性、定量相结合 的方 法，对系统进行分析，就是系统分析的基 本方法。
该方法主要分三个阶段： （1）阐明问题：分析的对象（系统）、系统 的整体功能、系统的组成。 （2）分析研究：系统内部机理；系统内部各 子系统的关联、配合；系统与其外部环境 的关系；基本的定量分析。
传说宋真宗在位时，开封皇宫曾失火。一夜之间， 大片的宫室楼台殿阁亭榭变成了废墟。宋真宗派当时 的晋国公丁谓主持修缮工程。当时，要完成这项重大 的建筑工程，面临着三个大问题： 第一，需要把大量的废墟垃圾清理掉； 第二，要运来大批木材和石料； 第三，需要大量新土。 不论是运走垃圾还是运来建筑材料和新土，都涉 及到大量的运输问题。如果安排不当，施工现场会杂 乱无章，正常的交通和生活秩序都会受到严重影响。
一、波轮式全自动洗衣机系统分析
定性分析
1、组成与功能 2、洗衣机内部各组成部分之间的关系 3、洗衣机和外界环境之间的关系 4、洗衣机系统的评价与小结
二、龙舟赛艇系统分析P80
定量分析
1、龙舟赛艇系统的功能与构成 2、比赛取胜要素 3、赛艇的 [定量描述] 分析 4、龙舟赛艇系统的评价与小结
F=ma V=V0+at
等，确定第4种方案为最终方案。
反思：如果仅仅在前面3个方案上优化，
无论如何都得不到方案4的巨大效益。分析
人员运用其专业知识，将石油中的原油和 天然气的运输作为一个整体进行系统分析， 获得了成功，体现了系统分析的实际价值。
3、学写简单的系统分析报告
系统的这些基本特性，就构成了系统的基本 思想。 即：从系统的整体、部分、功能、环境等各 个方面综合分析一个系统
2、系统分析的基本方法
运用 系统的思想 和 定性、定量相结合 的方 法，对系统进行分析，就是系统分析的基 本方法。
该方法主要分三个阶段： （1）阐明问题：分析的对象（系统）、系统 的整体功能、系统的组成。 （2）分析研究：系统内部机理；系统内部各 子系统的关联、配合；系统与其外部环境 的关系；基本的定量分析。
传说宋真宗在位时，开封皇宫曾失火。一夜之间， 大片的宫室楼台殿阁亭榭变成了废墟。宋真宗派当时 的晋国公丁谓主持修缮工程。当时，要完成这项重大 的建筑工程，面临着三个大问题： 第一，需要把大量的废墟垃圾清理掉； 第二，要运来大批木材和石料； 第三，需要大量新土。 不论是运走垃圾还是运来建筑材料和新土，都涉 及到大量的运输问题。如果安排不当，施工现场会杂 乱无章，正常的交通和生活秩序都会受到严重影响。
一、波轮式全自动洗衣机系统分析
定性分析
1、组成与功能 2、洗衣机内部各组成部分之间的关系 3、洗衣机和外界环境之间的关系 4、洗衣机系统的评价与小结
二、龙舟赛艇系统分析P80
定量分析
1、龙舟赛艇系统的功能与构成 2、比赛取胜要素 3、赛艇的 [定量描述] 分析 4、龙舟赛艇系统的评价与小结
F=ma V=V0+at
第三章 (3.2.2)二阶系统性能分析
h ( t)
A 超调量σ% = A 100% B
+0.05 -0.05
峰值时间tp 上升 时间tr
B
调节时间ts
t
1、上升时间 tr 响应从零开始，第一次上升到终值的时间 令 h(t ) 1
e nt 1
1 1 2
2
e nt 1 2
sin(d t ) 1
h(t ) 1
1 1
2
e
n t
sin(d t )
s1,2 n jn 1 2 jd
h(t ) 1
e nt 1
2
sin(d t )
1、为什么衰减？
e nt s1,2 有负实部
2、怎样才能衰减得更快？ n s1,2 距离虚轴更远 3、为什么振荡？
tg
100%
%
注意： 分式在指数上。
与 n 无关。
% 与 的关系曲线
为了获得更好的平 稳性和快速性，通 常将 选在0.4-0.8之 间，相应的超调量 为2.5%-25%。一般 将 0.707 称为最 佳阻尼比，此时系 统响应速度快，而 且超调较小。
4、调节时间 t s 响应曲线进入误差带并保持在内所需的最小时间。 h(t)
3、超调量 % 响应超出稳态值的最大偏差与稳态值之比
%
h(t p ) h() h ( )
100%
h(t p ) 1
e
n t p 2
1 2
1
sin(d t p ) 1 e
h ( ) 1
1 2
% e
100% e
R(s)
A 超调量σ% = A 100% B
+0.05 -0.05
峰值时间tp 上升 时间tr
B
调节时间ts
t
1、上升时间 tr 响应从零开始，第一次上升到终值的时间 令 h(t ) 1
e nt 1
1 1 2
2
e nt 1 2
sin(d t ) 1
h(t ) 1
1 1
2
e
n t
sin(d t )
s1,2 n jn 1 2 jd
h(t ) 1
e nt 1
2
sin(d t )
1、为什么衰减？
e nt s1,2 有负实部
2、怎样才能衰减得更快？ n s1,2 距离虚轴更远 3、为什么振荡？
tg
100%
%
注意： 分式在指数上。
与 n 无关。
% 与 的关系曲线
为了获得更好的平 稳性和快速性，通 常将 选在0.4-0.8之 间，相应的超调量 为2.5%-25%。一般 将 0.707 称为最 佳阻尼比，此时系 统响应速度快，而 且超调较小。
4、调节时间 t s 响应曲线进入误差带并保持在内所需的最小时间。 h(t)
3、超调量 % 响应超出稳态值的最大偏差与稳态值之比
%
h(t p ) h() h ( )
100%
h(t p ) 1
e
n t p 2
1 2
1
sin(d t p ) 1 e
h ( ) 1
1 2
% e
100% e
R(s)
3.2细胞器—系统内的分工合作第二课时修改稿
三、细胞器之间的协调配合
资料分析——分泌蛋白的合成与运输
分泌蛋白形成过程图解
1、与蛋白质合成有关的细胞器和膜结构有哪些？
核糖体 内质网 高尔基体 细胞膜 2、请简述蛋白质的合成过程 核糖体
合成
线粒体
内质网
加工运输
囊泡
高尔基体
囊泡
细胞膜
分泌
加工、分类和包装
氨基酸
多肽
蛋白质
成熟的蛋白质
四、细胞的生物膜系统
67
52 76
33
48 24
含量很少
含量很少 含量很少
各种生物膜在组成成分上很相似，但含量有差异
生物膜之间的转化关系
直接联系
线粒体 内质网 高尔基体 细胞膜
间接联系
核膜
生物膜系统在细胞生命活动中的作用
1、不仅使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时在细 胞与环境之间进行物质运输、能量交换和信息传递的过 程中起着决定性的作用。 2、细胞内的许多重要化学反应都在生物膜上进行，细 胞内的广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点，为各 种化学反应的顺利进行创造了有利条件。 3、细胞内的生物膜把细胞分隔成一个个小的区室（如 各种细胞器），这样就使得细胞内能够同时进行多种化 学反应，而不会相互干扰，保证了细胞的生命活动高效、 有序地进行。
由细胞器膜（包括内质网、高尔基体、线 粒体、叶绿体、溶酶体等）和细胞膜、核膜等 结构，共同构成细胞的生物膜系统。
不同生物膜组成成分及含量比较表
生物膜 蛋白质
质量分数 / %
脂类
质量分数 / %
糖类
质量分数 / %
人红细胞膜
大鼠肝细胞核膜
49 59
43 35
8 2.9
资料分析——分泌蛋白的合成与运输
分泌蛋白形成过程图解
1、与蛋白质合成有关的细胞器和膜结构有哪些？
核糖体 内质网 高尔基体 细胞膜 2、请简述蛋白质的合成过程 核糖体
合成
线粒体
内质网
加工运输
囊泡
高尔基体
囊泡
细胞膜
分泌
加工、分类和包装
氨基酸
多肽
蛋白质
成熟的蛋白质
四、细胞的生物膜系统
67
52 76
33
48 24
含量很少
含量很少 含量很少
各种生物膜在组成成分上很相似，但含量有差异
生物膜之间的转化关系
直接联系
线粒体 内质网 高尔基体 细胞膜
间接联系
核膜
生物膜系统在细胞生命活动中的作用
1、不仅使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时在细 胞与环境之间进行物质运输、能量交换和信息传递的过 程中起着决定性的作用。 2、细胞内的许多重要化学反应都在生物膜上进行，细 胞内的广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点，为各 种化学反应的顺利进行创造了有利条件。 3、细胞内的生物膜把细胞分隔成一个个小的区室（如 各种细胞器），这样就使得细胞内能够同时进行多种化 学反应，而不会相互干扰，保证了细胞的生命活动高效、 有序地进行。
由细胞器膜（包括内质网、高尔基体、线 粒体、叶绿体、溶酶体等）和细胞膜、核膜等 结构，共同构成细胞的生物膜系统。
不同生物膜组成成分及含量比较表
生物膜 蛋白质
质量分数 / %
脂类
质量分数 / %
糖类
质量分数 / %
人红细胞膜
大鼠肝细胞核膜
49 59
43 35
8 2.9
高二通用技术课教学内容安排表
学会观察结构的实用性与美。
1
第
二
单
元
2.1生产和生活中的流程
通过对典型的工作流程与生产工艺流程案例的分析，理解流程的意义
1
2.2流程的设计
1．能画出流程设计设计的框图。
2．能对生活、生产中的简单事项进行简单的流程设计。
2
2.3流程的优化
1．理解流程优化的意义及主要内容。
2．理解流程优化与设备、材料等之间的关系。
内容
备注
课时
一
研究性学习
常用
方法
资料、信息收集和整理
文献研究法
进行研究；
每次实践后分别完成阶段记录表；
6
二
分析处理信息,得出结论阶段
统计处理和结果分析：
数量型资料的描述统计
数量型资料的推断统计
非数量型资料的统计分析
如何撰写结题报告
完善结题报告结题报告要素
高二通用技术课教学内容安排表
章节
教学目标
课时
第
一
单
元
1.1常见结构的认识
1、了解结构的一般含义。
2、了解结构的类型及其受力特点
3、能结合案例，分析结构如何承受力。
2
1.2稳固结构的探析
能通过技术试验分析影响结构稳定性的因素，并写出试验报告。
1
1.3简单结构的设计
熟悉一个简单结构应考虑的主要因素。
1
1.4经典结构的欣赏
8
我国高校的分类
综合类
理工类
师范类
医药类
农林类
财经类
语言类
政法类
1
4.2工作过程与方式
1．了解控制系统的含义。
2．熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
1
第
二
单
元
2.1生产和生活中的流程
通过对典型的工作流程与生产工艺流程案例的分析，理解流程的意义
1
2.2流程的设计
1．能画出流程设计设计的框图。
2．能对生活、生产中的简单事项进行简单的流程设计。
2
2.3流程的优化
1．理解流程优化的意义及主要内容。
2．理解流程优化与设备、材料等之间的关系。
内容
备注
课时
一
研究性学习
常用
方法
资料、信息收集和整理
文献研究法
进行研究；
每次实践后分别完成阶段记录表；
6
二
分析处理信息,得出结论阶段
统计处理和结果分析：
数量型资料的描述统计
数量型资料的推断统计
非数量型资料的统计分析
如何撰写结题报告
完善结题报告结题报告要素
高二通用技术课教学内容安排表
章节
教学目标
课时
第
一
单
元
1.1常见结构的认识
1、了解结构的一般含义。
2、了解结构的类型及其受力特点
3、能结合案例，分析结构如何承受力。
2
1.2稳固结构的探析
能通过技术试验分析影响结构稳定性的因素，并写出试验报告。
1
1.3简单结构的设计
熟悉一个简单结构应考虑的主要因素。
1
1.4经典结构的欣赏
8
我国高校的分类
综合类
理工类
师范类
医药类
农林类
财经类
语言类
政法类
1
4.2工作过程与方式
1．了解控制系统的含义。
2．熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
自动控制原理3.2 一阶系统的时域分析
何阶线性系统，但不适用于非线性系统。
t
t
T )T
表明一阶系统在过渡过程结束后，其稳态输出与单
位斜坡输入之间，在位置上仍有误差。
4．对斜坡响应求导：dc(t ) dt
t
1e t
c阶 (t)
即单位斜坡响应的导数是单位阶跃响应。
§3—2 一阶系统的时域分析
四、单位抛物线响应：
C(s) 1 1 T T 2 T 2 s3 (Ts 1) s3 s2 s s 1
，若以
1 等速上升到
T
1，所需时间正好为T。
3.t p和 %均没有。t s 4T或t s 3T
T ts 快速性越好。
4、ess 1 c() 0
二．单位脉冲响应：
C(s) 1 1 1 , Ts 1 T s 1 T
g (t )
1 T
§3—2 一阶系统的时域分析
c(t )
1
t2
Tt
T
2 (1
t
eT
)
T
2
t
e(t) r(t) c(t) Tt T 2 (1 eT）
t
故e ss
lim e(t)
t
lim[Tt
t
T2
T 2eT
]
1．一阶系统不能跟踪抛物线信号。
2．对抛物线响应求导：
dc(t )
t
0.632
可见:c(t ) 单调上
升、非振荡、非
周期。
0
§3—2 一阶系统的时域分析
t
c(t) 1 e T
0.865
t
T
3.2 一阶系统性能分析
c(t)=t-T+Te-t/T
可知: 系统输入信号导数的输出响应， 可知 系统输入信号导数的输出响应 ， 等 于该输入信号输出响应的导数； 于该输入信号输出响应的导数 ； 根据一种 典型信号的响应，就可推知于其它。 典型信号的响应，就可推知于其它。
第二节 一阶系统性能分析
一阶系统的结构如图， 例3-1 一阶系统的结构如图，试求系统的 调节时间t ± 调节时间 s (±5%),如果要求 t s= 0.1s，求 如果要求 ， 反馈系数。 反馈系数。 R(s) E(s) Kk C(s) s Kk= 100 KH= 0.1 KH 解： 闭环传递函数 1 Kk K 100 × 得: t s=3T=3×0.1 H s C(s) Ф(s)= 100K =s Ф(s)= R(s) = H K0.01 =0.3 1+ s 1+ kKH s+1 K s H 若要求: 若要求 t s=3×0.01/KH=0.1 100 = 10 则: =× s+10 0.1s+1 t s=0.1 s KH =0.3
第二节 一阶系统性能分析
例 试分析液位控制系统参数与系统性能 例3-2 单位阶跃响应 h(t) ∆H(s) H(s) b 之间的关系。 之间的关系。 pb 曲线 p 1Abs+ess 1 ∞ t→∞ h(∞)=1+pb bp 解：闭环传递函数 1+pb 系统的稳态误差： 系统的稳态误差： pb pb pb 1+pb H(s) Abs+1 = 0 4T e (s)= ∞ pb Abs+1+pb = Ab s+1 t Hrss=hr(t)-h( ) 1+ Abs+1 1+pb pb = 1 系统的调节时间： =1-1+pb 1+pb pb 系统的调节时间： K Ab = Ts+1 K= 1+pb T=1+pb 4Ab t s=4T =1+pb 系统的单位阶跃响应： 系统的单位阶跃响应： 1+pb -t/T ) = pb (1-e- Ab t ) h(t)=K(1-e 1+pb
3.2一阶系统的时域分析
3.2 一阶系统的时域分析用一阶微分方程描述的系统，称为一阶系统。
实际控制系统中一阶系统不乏其例。
下面分析一阶系统对单位阶跃函数、单位脉冲函数、单位斜坡函数、单位加速度函数的响应。
在分析过程中，设初始条件等于零。
3.2.1 一阶系统的数学模型图3-3所示RC 滤波电路是一阶系统，其运动微分方程为图3- 3 RC 滤波电路)()()(t r t c dt t dc RC =+ （3-2） 式中c(t)为电路输出电压，r(t)为电路输入电压。
令T=RC ，则一阶系统运动方程具有如下一般形式)()()(t r t c dtt dc T =+ （3-3） 式(3-3)是一阶系统的一般表达式，式中T 为时间常数，r(t)和c(t)分别是系统的输入、输出信号。
若图3-3滤波电路的初始条件为零，一阶系统的传递函数为11)()()(+==ΦTs s R s C s （3-4）其方框图如图3-4或图3-5所示。
图3-4 一阶系统 图3-5 单位反馈一阶系统下面就一阶系统对某些典型输入信号的响应进行分析，在分析过程中，设初始条件为零。
此外，不同的系统如果传递函数相同，则对同一输入信号的响应也是相同的，只是不同系统响应的数学表达式具有不同的物理意义。
3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应输入信号r(t)=1(t)时，系统响应c(t)为单位阶跃响应。
将输入信号的拉氏变换s s R 1)(=代入式（3-4），得sTs s R s s C 111)()()(⋅+=Φ= （3-5） 对式（3-5）进行拉氏反变换，得一阶系统的单位阶跃响应为T t e t c /1)(--= (t ≥0) （3-6） 由式（3-6）可以看出，一阶系统单位阶跃响应的初始值为零，终值为1。
根据式（3-6）绘出的响应曲线如图3-6所示，其响应为非周期曲线，具有如下两个特点：（1）当时间t 等于时间常数T 的整数倍，即t=T ，2T ，3T ，4T 时，响应c(t)的数值分别为总变化量的0.632、0.865、0.95、0.982倍，根据这个特点可以判断系统是否为一阶系统。
通用技术粤教版必修2第三章3.2系统分析的基本方法
广东实验中学蔡文俊新课导入☐挂在墙壁上的钟算一个系统吗？手机是一个系统吗？☐怎样才算是一个系统？——系统有什么特性？中国女排夺取五连冠后，世界排联抽取各国女排中的最强队员，组成国际明星队与中国女排较量，可是被中国女排打败。
本来，从单个运动员情况看，明星队的球员实际水平都在中国女排之上，但为什么会落败？其奥秘何在？整体性整体性非各个要素的简单相加，例：一支球队。
“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”。
整体性汽车车速过快或过慢都会格外耗油，两者之间有个最适当的速度，即经济速度。
你能解释其中的道理吗？目的性过度发展畜牧业，导致绿洲变成荒漠。
这种变化说明什么？相关性雷鸟是一种寒带鸟类，它栖息的地方没有天然的隐蔽场所。
冬季和夏季之前，它会完全更换新羽，与大地的装束一致。
这又是为什么？适应性银河系——太阳系——地球——月亮这说明系统具备什么特性？层次性系统的基本特性目的性适应性整体性层次性相关性☐德国大数学家高斯在小学读书的时候，老师在课堂上出了一道数学题：1+2+3+4+……100=？☐高斯很快就说出答案“5050”，为什么他能够这么快？人力飞机的设计创作过程鸟儿在天空自由自在地飞翔，引起了人们美好的幻想，人们希望也能像鸟儿一样展翅高飞……人类飞天梦的实现——第一步：人们模仿鸟类的外形和飞行动作，进行了“飞天”的尝试。
《圣经》中人类的美好愿望达芬奇设计的扑翼飞机人们综合研究了鸟儿飞翔的条件，发现鸟儿除了有一对翅膀外，还有非常适合飞行的体形。
于是，人们就把研究集中到飞机的重量、结构上。
海斯勒和维林吉尔两位德国人，在前人的基础上，进一步采用了定量分析和定性分析相结合的方法。
他们抓住了人力飞机是依靠人做动力的关键，进行了分析计算。
海斯勒、维林吉尔制造的“自行车”人力飞机系统分析的基本方法运用系统的思想和定性定量相结合的方法，对系统进行分析，就是系统分析的基本方法实践运用1：丁渭修复皇宫宋朝年间，京城发生一场大火，皇宫被烧成一片废墟。
3.2 离散系统的过渡响应分析
(5)极点在单位圆与负实轴的交点，对应的暂态响应 y(kT)是以2T为周期正负交替的等幅振荡。
(6) 极点在单位圆外的负实轴上，对应的暂态响应 y(kT)是以2T为周期正负交替的发散振荡。
例3.3 某离散系统如图3.6所示，分析该系 统的过渡过程。 1 R ( z ) 设系统输入是单位阶跃函数 1 。
3.2 离散系统的过渡响应分析
一个控制系统在外信号作用下从原有稳定状态变 化到新的稳定状态的整个动态过程称之为控制系统的过 渡过程。 一般认为被控变量进入新稳态值附近±5%或±3% 的范围内就可以表明过渡过程已经结束。 通常，线性离散系统的动态特征是系统在单位阶跃 信号输入下的过渡过程特性(或者说系统的动态响应特 性)。如果已知线性离散系统在阶跃输入下输出的Z变换 Y(z)，那么，对Y(z)进行Z反变换，就可获得动态响应 y*(t)。将y*(t)连成光滑曲线，就可得到系统的动态性能 指标（即超调量σ%与过渡过程时间ts），如图3.4所示。
y (t ) 1.6 1.4 1.2
ts
%
5%
1
0.8 0.6 0.4 0.2
t
图3.4 线性离散系统的单位阶跃响应
首先研究离散系统在单位脉冲信号作用下的瞬态响 应，以了解离散系统的动态性能。
Y ( z) W ( z) R( z ) K ( z zi )
m i 1 n
jIm j -1 0 1 Re
-j
图3.5 不同位置的实极点与脉冲响应的关系
结论：
(1)极点在单位圆外的正实轴上，对应的暂态响应分量 y(kT)单调发散。
(2) 极点在单位圆与正实轴的交点，对应的暂态响应 y(kT)是等幅的。 (3)极点在单位圆内的正实轴上，对应的暂态响应y(kT) 单调衰减。 (4)极点在单位圆内的负实轴上，对应的暂态响应y(kT) 是以2T为周期正负交替的衰减振荡。
3.2细胞器-系统内的分工
核膜 内质网膜 细胞膜
生物膜系统：细胞器膜、细胞膜和核膜共同构成的
内膜系统：真核细胞中，在结构、功能上具有连续性 的、由膜围成的细胞器或结构。包括内质网、高尔 基体、溶酶体、以及核膜等膜结构，但不包括线粒 体和叶绿体。
内质网与细 胞膜相连 内质网与核 膜外层相连
内质网腔与两层核 膜之间的腔相通
细胞内的各种膜在结构上存在着直接或间接的联系。
№1：细胞膜使细胞具有一个 相对稳定的内部环境。在物质的 运输与交换及信息传递中起决定 性作用。
№2：增大膜的面积，供酶、 核糖体等附着在上面。使各种化 学反应有序进行。
№3：将细胞分隔成许多小区 室，使各种化学反应能同时进行 而不互相干扰。
本节知识要点
各个细胞器的功能：线粒体、叶绿体、内 质网、高尔基体、核糖体、液泡、溶酶体 等
细胞在生命活动中不停地发 生着物质和能量的复杂变化。
细胞质内有许多具有一定 的形态、结构和功能的小器官， 它们统称为细胞器。
如：线粒体、叶绿体、内 质网、高尔基体、核糖体、溶 酶体、液泡、中心体等。
差速离心分离细胞器
线粒体
形状:椭球形 、棒状、哑铃状等 结构:外膜、内膜、嵴、基质（含少量DNA和有关酶） 功能：有氧呼吸的主要场所---“动力工厂”
与细胞的有丝分裂有关
阅读课本“资料分析”，思考问题？
1、分泌蛋白是在哪里合成的？ 核糖体 2、分泌蛋白从合成至分泌到细胞外，经过了哪些细胞 器或细胞结构？尝试描述分泌蛋白的合成和运输过程？
核糖体、内质网、高尔基体、囊泡、细胞膜
在分泌蛋白合成和运输过程中，有哪些膜结构参与？ 内质网、高尔基体、囊泡、细胞膜
肝细胞
肾皮质 细胞
平滑肌 细胞
3.2弱磁控制的直流调速系统解析
实际运行中，需要选择一种合适的控 制方法，可以在这两个区段中交替工作， 也应该能从一个区段平滑地过渡到另一个 区段中去，下图便是一种已在实践中证明 很方便有效的控制系统，称作非独立控 制励磁的调速系统。
• 系统组成
TA
+ RP1 U*n
U*i
Ui -
ASR
V
Uc
ACR UPE
-
Un
AE
Ui -
+Uv TVD
为此，在励磁控制系统中引入电动 势调节器 AER，利用电动势反馈，使励 磁系统在弱磁调速过程中保持电动势 E 基本不变。
电动势的检测：
由于直接检测电动势比较困难，因此， 采用间接检测的方法。通过检测电压 Ud 和 电流 Id，根据 E = Ud – RId + LdId / dt，由电 动势运算器 AE ，算出电动势 E 的反馈信号 Ue 。 电动势的给定：
恒转矩类型的负载适合于采用恒转 矩调速方式，而恒功率类型的负载更适 合于恒功率的调速方式。但是，直流电 机允许的弱磁调速范围有限，一般电机 不超过 1:2 ，专用的“调速电机”也不 过是 1:3 或 1:4 。
• 调压和弱磁配合控制
当负载要求的调速范围更大时，就 不得不采用调压和弱磁配合控制的办法， 即在基速以下保持磁通为额定值不变， 只调节电枢电压，而在基速以上则把电 压保持为额定值，减弱磁通升速，这样 的配合控制特性示于下图。
3.2 调压与弱磁的配合控制
3.2.1概 述
在他励直流电动机的调速方法中， 前面讨论的调电压方法是从基速（即额 定转速 nN ）向下调速。
如果需要从基速向上调速，则要采用 弱磁调速的方法，通过降低励磁电流， 以减弱磁通来提高转速。
• 两种调速方式
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4 、检验核实， 作出决策
要征求用户的意见，对方不满意的 地方还要进行修改，直到用户满意
三、 系统分析的基本原则 1、整体性原则
2、科学性原则
3、综合性原则
1、整体性原则及应用实例
系统分析首先要着眼于系统整体，要先分析整体，再分 析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一个阶 段；先看长远，再看当前。
3、系统的基本特性
(1)整体性 (2)相关性 (3)目的性 (4)动态性 (5)环境适应性
1、2003年10月我国自行研制的载人飞船“神舟五号” 飞入太空。飞船和运载火箭共有几百万个零部位，这 些零部件本身都很一般，但是它们按照一定的结构组 合在一起就构成了性能优异的航天飞船，从而体现了 系统的（ C ） A、动态性 B、目的性 C、整体性 D、相关性 2、下列日常用语没有反应系统整体性的是（ B ） A、丢卒保车 B、春捂秋冻 C、一招不慎，全盘皆输 D、三个小皮匠顶个诸葛亮
●麦、棉、瓜、红薯
优化目标 不能 人为 调节 目标函数 约束条件 影响因素
案例2：利润问题
（8张桌子、13张椅子、最大利润1180元）
确定某家具厂 一周生产计划
该厂每周生 产桌子和椅 子各多少时， 利润最大？
一张桌子需木板4m2，工时20h 一张椅子需木板6m2，工时18h 每周拥有木板600m2，工时400h 利润：一张桌子50元，椅子60元 每周至少交桌子8张，椅子5只。 木板： 工时： 桌椅数： 利润： 4X1+6X2≤600 20X1+18X2≤400 X1≥8，X2≥5 Smax=50X1+60X2 约束条件 影响因素
案例分析:
建筑垃圾都 在皇宫前大街 引汴河水 通过这条水 填进沟里 丁谓所采用的方案为什么能一举三得？ 挖沟取土烧砖 进壕沟 路运输建材
人行道施工问题
赵明同学家所在街道的人行道路在一年 内进行了三次施工，分别是电信部门铺设通 讯线路、煤气公司预埋煤气管道、市政部门 维修下水管道，结果重复施工，造成了人力 和财力资源的浪费，同时也给市民带来了不 方便。
一、 什么是系统分析
概念：
为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的 方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此 基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统 提出改进方案的过程，就是系统分析。 建立新系统 对原有系统 拟定一套有效的处理步骤和程序 提出改进方案(优化)
特点：
完整地而不是零星地处理问题，考虑各种主要变 化因素及其相互的影响，全面地思考和解决问题。
2、在当前国内外心血管疾病呈增加趋势，治疗心 血管疾病的中药银杏供不应求的情况下，有利于保护 和开发银杏的药物资源。
3、保住了当地百姓的致富资源。
埃及阿斯旺大坝
阿斯旺水坝在20世纪70年代初竣工了.表面上看,这座 水坝给埃及人带来了廉价的电力,控制了水旱灾害,灌溉了 农田.然而,实际上却破坏了尼罗河流域的生态平衡,造成了 一系列灾难:由于尼罗河的泥砂和有机质沉积到水库底部, 使尼罗河两岸的绿洲失去肥源——几亿吨淤泥,土壤日益 盐啧化;由于尼罗河河口供沙不足,河口三角洲平原向内陆 收缩,使工厂,港口,国防工事有跌入地中海的危险;由于缺 乏来自陆地的盐份和有机物,致使沙丁鱼的年获量减少1.8 万吨;由于大坝阻隔,使尼罗河下游的活水变成相对静止的" 湖泊",为血吸虫病流行.埃及造此大坝所带来的灾难性后果, 使人们深深的感叹:一失足成千古恨! 这个例子带给我们哪些思考？
本节小结
一、系统分析的概念、特点 二、系统分析的一般步骤
收集资料 拟定方案 分析计算 评价比较 检验核实 作出决策
明确问题 设立目标
三、系统分析的主要原则
整体性原则、科学性原则、综合性原则
考考你！
有一个农夫带一条狼、一只羊和一筐白菜过 河。如果没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白 菜。但是船很小，只够农夫带一样东西过河。请 你帮农夫解决难题？ 1、农夫带着羊首先过河，农夫回来； 2、农夫与狼过河，农夫与羊回来； 3、农夫搬白菜过河，农夫回来； 4、农夫与羊一起过河。
3、综合性原则及应用实例
系统分析总是为实现系统目标服务的。当存在多个目 标时，需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小 失大。
孝襄高速公路
孝襄高速公路
1、保护珍稀的银杏名贵树木。 2、控制工程投资额度、坚持原设计不变。 孝襄高速公路抱着洛阳银杏园绕了个圈，好处有： 1、有利于保护我国珍稀物种银杏树，实现生物多 样性。
■
方案二：按照施工要求，A、B、C栋同时进行施工
楼 A 装修 过程 水电 木工 油漆 水电 B 木工 油漆 水电 C 木工 油漆 工 期 3 3 3 3 3 3 3 3 3
■
■ ■
装修施工进度（周） 3
■
■ ■
6
9
12
15
18
21
24
27
■
■ ■
方案三：按照施工要求，A、B、C栋进行流水施工
装修 过程 工 期 装修施工进度（周） 9 12 15 18 21
3、飞机在空中飞行时，时常受到大气对流的影响而产生 颠簸，当飞机的检测装置接收到这一信号后，经过控制 器的调节，能在很短的时间内调整好飞行状态，克服大 气对流对飞机飞行的影响，保持平稳飞行。这个现象说 明了系统的什么基本特性？（ C ） A、整体性 B、相关性 C、环境适应性 D、动态性
4、在下列关于系统相关性的理解中，你认为不正确的是（ C ） A．一个系统往往存在多个目标，这些目标还常常不一致，需要 进行协调 B．系统通常都是由若干部分组成的 C．系统各组成元素之间、部分和整体之间不仅相互关联，相互 作用，而且任何一个组成部分发生变化，都会影响其它部分和整 体任务的完成。 D．系统包含子系统，它又是更大系统的子系统。
3-2 系统的分析
1、什么是系统分析 2、系统分析的一般步骤 3、系统分析的主要原则
第三单元 系统与设计
经验决策和科学决策
房子装修考虑因素较多，如房子电路布 一般的小椅子，工匠凭 线时要考虑电线规格、接口、预留电线 经验就能设计出来。 和插座等，要用系统分析方法、科学周 密设计。
案例分析:
经验决策：有时会失误 科学决策：最大程度的减少失误
请分析这事件问题所在，你认为怎么样处理为合理。
应三家共同协商，一次性解决问题
2、科学性原则及应用实例
系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方 面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分 析，使决策的过程和结果更具说服力。 水稻是一年三季合算还是二季合算？ 三三进九不如二五一十。 火药的成份的配比？如硝石75、硫磺10，木炭15 火药爆炸是一种化学反应，服从化学反应的规律。
楼 A
3
■
6
■
24
27
水电
木工 油漆 水电 B 木工
3
3 3 3 3
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
油漆
水电 C 木工
3
3 3
油漆
3
教 学 设 计 （ 3）
分析计算，评价比较
（4） 检验核实，确定方案
根据分析，确定按照方案三进行施工。
例1：网箱养鱼是一种科学养鱼方法。宏观世界是利用网片装配成 一定形成的箱体，设置在较大的水体中，通过网眼进行网箱内外 水体交换，使网箱内形成一个适宜鱼类生活的活水环境。利用网 箱养鱼，不仅提高了水面的利用率，而且提高了鱼产量。根据这 个案例，选择恰当的答案（ C ） A、增加系统的要素，就能使系统得到优化 B、增加了网箱，其实是增加了系统的约束条件 C、采用网箱养殖，系统的目标函数产生了显著的影响 D、网箱养殖，是系统优化的必然选择
复习——系统的结构
1、什么是系统
温故知 新
由相互联系、相互作用、相互依赖、相互制约 的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体， 称为系统。
2、系统的类型
按人类干预的情况 自然系统、人工系统 按内容和要素的性质 实体系统、抽象系统 按与环境的关系 开放系统、封闭系统 按运动状态 静态系统、动态系统
优目标
目标函数
4. 系统的优化
什么是最优解？ 满意解？
通过数学模型计算得到 的目标值就是最优解 通过定性的估计或推断 得到较为满意的解叫满 意解
数学模型 估算、试验
最优解
完善、验证
满意解
案例3： 装修施工的组织优化
三批装修工： （1）水电 （2）木工 （3）油漆 ●装修A、B、C三 幢教学楼。 ●每个装修队在 每幢楼的施工时 间为3周。
阅读
1、“两面针”牙膏：采用优选法科学生产大幅度降低 铝材消耗，每年节约铝材几吨；结果打了3年漂亮 仗…… 2、著名数学家华罗庚教授在他晚年时，在全国讲学， 介绍他的优选法。当时广东有5个水泥厂，经过优选法 的改良，生产出6个水泥厂的产量，少建1个水泥厂， 这个贡献就很大。这就是说知识、健康带来的财富， 可以估算的和不可估算的都是很巨大的。 3、优选法使得新西兰培育出世界上最好的肉牛和奶 牛。为了发展羊毛和肉类生产，新西兰采用先进的培 育技术，改进当地羊只的品种，使其具有国外引进种 群的特殊优点。
案例分析:
在汉字照排方案决策中，系统的整体目 标是什么？你认为王选进行决策的依据主要 有哪些？
激 光 照 排 机 王选简介：北大教授、博导，两院院士，北大方正集团董 事。“汉字激光照排系统”的研制成功，推动了我国印刷 业的一次革命，使我国的印刷业，告别了铅与火，迎来了 光与电。
二、 系统分析的一般步骤
●麦、棉、瓜 ●麦、棉、菜
（1）请连线下列四项解释 与对应的名词 （2）约束条件与影响因素 有什么不同？ A.实现增产、增收，提高 土地利用率。 B.农作物的生长特性、天 气、气候等。 C.优化目标与土地单位面 积收益之间的关系。 D.套种的技术水平、田间 管理、病虫害防治等。 可以 人为 调节