2-1-4结构图与信号流图
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解：利用复阻抗的概念及元件特性可得每一元件的输 入量和输出量之间的关系如下：
I1
(s)
ur
(s) u1(s) R1
u1
(s)
[I1
(s)
I
2
(s)]
1 sC1
I
2
(
s)
u1(s) uC R2
(s)
uC
(s)
I2 (s)
1 sC2
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西安邮电学院自动化学院 2
第四节 结构图与信号流图
????
结构图的组成和绘制
什么是结构图？？
控制系统的结构图是表示系统各元件特性、系统结 构和信号流向的图示方法
将方块图中各时间域中的变量用其拉氏变换代替， 各方框中元件的名称换成各元件的传递函数,这时 方框图就变成了动态结构图，简称结构图，即传递 函数的几何表达形式
I
2
(s)
1 sC2
uC (s)
00:5911
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绘制每一元件的结构图，并把相同变量连接起来，得 到系统的结构图。
Ur(s) -
1/R1 I1(s)
U1ຫໍສະໝຸດ Baidus)
-I2(s)1/sC1U1(s)
- 1/R2 I2(s) 1/sC2 UC(s) UC(s)
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第四节 结构图与信号流图
1 三种典型结构直接进行变换
串联
并联
G1 G2
等 效 方 框
G1 G2
G1 G2 + G1 +G2
(a)
(b)
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例2 引入闭环控制后的直流电机转速控制系统
+Vcc
电网电压
电
可
ur
压 放
uk
控 硅
ua
uf －
大 器
功 放
M n 负载
G 测速发电机
原理示意图
扰动
P
电位器
ur u
ub -
电压 uk 放大器
(s)] (s)
1 sC1
uC
(s)
I2
(s)
1 sC2
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[ur
(
s)
u1
(
s)
]
1 R1
I1 ( s)
[ I1 ( s) [u1 ( s)
I
2
(s)]
1 sC1
uC
(s)]
1 R2
u1 ( s ) I 2 (s)
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第四节 结构图与信号流图
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二 结构图的等效变换
结构图的等效变换 1 三种典型结构的变换 2 比较点和引出点的移动变换 3 相邻引出点的处理 4 相邻比较点的处理
00:59 7
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解：利用复阻抗的概念及元件特性可得每一元件的输
入量和输出量之间的关系如下：
R： I (s) Ui (s) Uo (s) (1)
R
C：
Uo (s)
I (s) sC
(2)
R
ui
iC
uo
（a）
绘制每一元件的结构图，并把相同变量连接起来，得
到系统的结构图。
Ui(s) 1/R I(s) 1/sC Uo(s) Uo(s)
反馈
G +H
G 1 +GH
(c)
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系统方框图的等效变换法则
1. 串联方框的等效变换
Xi (s)
G1(s)
G2(s)
Y(s)
Xo (s)
Xi (s)
G(s)
G(s)
X o (s) Xi (s)
X o (s) Y (s)
Y (s) Xi (s)
G2 (s)G1(s)
G1(s) G2(s)
表示信号引出或测量的位置，同一位置引出的信号大小和性 质完全相同。
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结构图的绘制
例1 画出RC电路的结构图。
R
ui
iC
uo
一阶（RaC）网络
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例2：绘制两级RC网络的结构图。
i1
ur
R1 u1
1 sC1
R2 i2
1 sC2
uc
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可控硅 ua 直流 放大器 电动机
n
测速机
职能方块图
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4
第四节 结构图与信号流图
结构图的组成
信号线：带有箭头的直线，箭头表示信号的流向，在直线 旁边标有信号的时间函数或象函数。一条信号线 上的信号处处相同。 X(s)
方框：表示对信号进行的数学变换，方框内的函数为元件
或系统的传递函数。
i1
ur
R1 u1
1 sC1
R2 i2
1 sC2
uc
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有变量相减，说明存在反馈和比较，比较后的信号一 般是元件的输入信号，所以将上页方程改写如下相乘 的形式：
I1
(s)
ur
(s) u1(s) R1
u1
I
2
(s) (s)
[I1(s) I2
u1(s) uC R2
X(s)
Y(s)
G(s)
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第四节 结构图与信号流图
比较点(综合点、相加点)： 表示对两个以上的信号进行加减运算，加号常省略,负号必
须标出;进行相加减的量,必须具有相同的量纲。
引出点:
西安邮电学院
自动控制原理
Principles of Automatic Control
自动化学院
第四节 结构图与信号流图
结构图的组成和绘制 结构图的等效变换→求系统传递函数 信号流图的组成和绘制 MASON公式→求系统传递函数
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Xi (s)
Xo (s)
Xo (s)
2. 并联方框的等效变换
Xi (s)
G1(s) G2(s)
± Xo (s)
X o (s) [G1(s) G2 (s)]X i (s)
解：利用复阻抗的概念及元件特性可得每一元件的输 入量和输出量之间的关系如下：
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(s)
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(s) u1(s) R1
u1
(s)
[I1
(s)
I
2
(s)]
1 sC1
I
2
(
s)
u1(s) uC R2
(s)
uC
(s)
I2 (s)
1 sC2
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第四节 结构图与信号流图
????
结构图的组成和绘制
什么是结构图？？
控制系统的结构图是表示系统各元件特性、系统结 构和信号流向的图示方法
将方块图中各时间域中的变量用其拉氏变换代替， 各方框中元件的名称换成各元件的传递函数,这时 方框图就变成了动态结构图，简称结构图，即传递 函数的几何表达形式
I
2
(s)
1 sC2
uC (s)
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绘制每一元件的结构图，并把相同变量连接起来，得 到系统的结构图。
Ur(s) -
1/R1 I1(s)
U1ຫໍສະໝຸດ Baidus)
-I2(s)1/sC1U1(s)
- 1/R2 I2(s) 1/sC2 UC(s) UC(s)
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第四节 结构图与信号流图
1 三种典型结构直接进行变换
串联
并联
G1 G2
等 效 方 框
G1 G2
G1 G2 + G1 +G2
(a)
(b)
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例2 引入闭环控制后的直流电机转速控制系统
+Vcc
电网电压
电
可
ur
压 放
uk
控 硅
ua
uf －
大 器
功 放
M n 负载
G 测速发电机
原理示意图
扰动
P
电位器
ur u
ub -
电压 uk 放大器
(s)] (s)
1 sC1
uC
(s)
I2
(s)
1 sC2
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[ur
(
s)
u1
(
s)
]
1 R1
I1 ( s)
[ I1 ( s) [u1 ( s)
I
2
(s)]
1 sC1
uC
(s)]
1 R2
u1 ( s ) I 2 (s)
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二 结构图的等效变换
结构图的等效变换 1 三种典型结构的变换 2 比较点和引出点的移动变换 3 相邻引出点的处理 4 相邻比较点的处理
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解：利用复阻抗的概念及元件特性可得每一元件的输
入量和输出量之间的关系如下：
R： I (s) Ui (s) Uo (s) (1)
R
C：
Uo (s)
I (s) sC
(2)
R
ui
iC
uo
（a）
绘制每一元件的结构图，并把相同变量连接起来，得
到系统的结构图。
Ui(s) 1/R I(s) 1/sC Uo(s) Uo(s)
反馈
G +H
G 1 +GH
(c)
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系统方框图的等效变换法则
1. 串联方框的等效变换
Xi (s)
G1(s)
G2(s)
Y(s)
Xo (s)
Xi (s)
G(s)
G(s)
X o (s) Xi (s)
X o (s) Y (s)
Y (s) Xi (s)
G2 (s)G1(s)
G1(s) G2(s)
表示信号引出或测量的位置，同一位置引出的信号大小和性 质完全相同。
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结构图的绘制
例1 画出RC电路的结构图。
R
ui
iC
uo
一阶（RaC）网络
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例2：绘制两级RC网络的结构图。
i1
ur
R1 u1
1 sC1
R2 i2
1 sC2
uc
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00:59 9
可控硅 ua 直流 放大器 电动机
n
测速机
职能方块图
00:59
4
第四节 结构图与信号流图
结构图的组成
信号线：带有箭头的直线，箭头表示信号的流向，在直线 旁边标有信号的时间函数或象函数。一条信号线 上的信号处处相同。 X(s)
方框：表示对信号进行的数学变换，方框内的函数为元件
或系统的传递函数。
i1
ur
R1 u1
1 sC1
R2 i2
1 sC2
uc
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有变量相减，说明存在反馈和比较，比较后的信号一 般是元件的输入信号，所以将上页方程改写如下相乘 的形式：
I1
(s)
ur
(s) u1(s) R1
u1
I
2
(s) (s)
[I1(s) I2
u1(s) uC R2
X(s)
Y(s)
G(s)
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第四节 结构图与信号流图
比较点(综合点、相加点)： 表示对两个以上的信号进行加减运算，加号常省略,负号必
须标出;进行相加减的量,必须具有相同的量纲。
引出点:
西安邮电学院
自动控制原理
Principles of Automatic Control
自动化学院
第四节 结构图与信号流图
结构图的组成和绘制 结构图的等效变换→求系统传递函数 信号流图的组成和绘制 MASON公式→求系统传递函数
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Xi (s)
Xo (s)
Xo (s)
2. 并联方框的等效变换
Xi (s)
G1(s) G2(s)
± Xo (s)
X o (s) [G1(s) G2 (s)]X i (s)