控制系统的方框图
闭环控制系统方框图10例
闭环控制系统方框图10例
1、空调温度控制系统
2、家用电冰箱温度控制系统
3、加执炉温度控制示意
4
+
给
定量
控
制器
加
热器
加
热炉
炉内
温度
比较
器
检测装置（反
馈）
-
干
扰
控执被控
被控量
（输出
给定量
（输入
检测装置控
比
控制器
执
行器
被控
对象
被控量
（篮球位
给定量
（篮圈位
检测装置
（眼睛）控制量（投掷
比控制器
（电子
执行器
（压缩
被控
对象
被控
量
（冷
藏室温度）
给定量
（设定的温
检测装置
（温度传感
控制量
比
5、供水水箱的水位自动控制系统
6、抽水马桶的自动控制系统
7、花房温度控制系统
8、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统
9、粮库温、湿度自动控制系统
被控量 （水箱水
给定量 （设定的水
被控量 （水箱水
给定量
给定量 （设被控量 （花房
控制
被控量 （
水
给定量 （设定控制量 被控
（粮（的温、控制量
10、自动电热水壶控制系统
控制量
（水。
开环闭环控制系统方框图
开环控制系统方框图20例1水泵抽水控制系统4、楼道自动声控灯装置输入量控制量2、家用窗帘自动控制系统3、宾馆自动门控制系统输入量（人热辐射控制量输入量控制量-------- ►输出量5、游泳池定时注水控制系统输入量控制量输出量控制量输入量6、十字路口的红绿灯定时控制系统7、公园音乐喷泉自动控制系统8、自动升旗控制系统9、宾馆火灾自动报警系统10、宾馆自动叫醒服务系统11、活动猴控制系统控制量输出量（猴的动作输入量输入量控制量控制量控制量控制量控制量12、公共汽车车门开关控制系统13、家用缝纫机缝纫速度控制系统14、根据车流量大小自动改变红绿灯时间控制系统15、普通全自动洗衣机控制系统输入量输入量控制量 压缩空输出量（车门的控制量输入量控制量控制量输入量16、手电筒控制装置控制量17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统控制量输入量（压力传感器是否测到控制量输入量18、可调光台灯控制系统19、电吹风控制系统控制量输入量20、普通电风扇控制系统控制量输入量闭环控制系统方框图12例1家用压力锅工作原理2、投篮3、供水水箱的水位自动控制系统4、加热炉的温度自动控制系统控制量给定量给定量控制量5、抽水马桶的自动控制系统控制量6、花房温度控制系统控制量给定量被控量7、夏天房间温度控制系统给定量控制量被控量（房内实8、家用电饭锅保温控制系统9、家用电冰箱温度控制系统控制量被控量给定量（电饭锅温度给定量控制量被控量（冰箱实10、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统给定量控制量被控量比11、粮库温、湿度自动控制系统控制量被控量（粮库内12、自动保温电热水壶控制系统比控制量。
控制系统的方块图及其基本组成
Υ Υ
1
3
-
Υ 1-Υ 2+Υ 3
-
Υ2
R2 (s)
图2-15比较点示意图
Υ2
注意：进行相加减的量，必须具有相同的量刚。 (3)分支点（引出点、测量点）Branch Point 表示信号测量或引出的位置 C(s) 注意：同一位置引出的信号 R(s) P(s) G1 (s) G2 (s) 大小和性质完全一样。
注意：由于N(s)极性的随机性，因而在求E(s)时，不能认
为利用N(s)产生的误差可抵消R(s)产生的误差。 2.4.3 方块图的绘制 （1）考虑负载效应分别列写系统各元部件的微分方程或传递 函数，并将它们用方框（块）表示。 （2）根据各元部件的信号流向，用信号线依次将各方块连接 起来，便可得到系统的方块图。 系统方块图-也是系统数学模型的一种。
**
R(s)
+ -
E(s)
G1 (s)
+
+
G2 (s)
C(s)
B(s)
H(s)
打开反馈
N(s)
G1 (s)
G2 (s)
C(s)
H(s)
图2-18 输出对扰动的结构图 利用公式**，直接可得：
M N ( s) G2 ( s ) C ( s) N ( s) 1 G( s) H ( s)
（7）误差对扰动的传递函数 假设R(s)=0
(4)闭环传递函数 Closed-loop Transfer Function 假设N(s)=0 输出信号C(s)与输入信号R(s)之比。
G1 ( s)G2 ( s) C ( s) G( s) R( s) 1 H ( s)G( s) 1 H ( s)G( s)
第4讲_控制系统的方框图及其化简1
x
Uo (s) （b）
I(s)
I ( s) U o ( s) sC
Uo (s) （c）
例2
绘制无源网络的方块图 I 2 ( s)
C
ur
I1
R1 R2
uC
ur i1 R1 uc u iR 2 c 1 C i2 dt i1 R1 i i1 i2
(1) ( 2) (3) ( 4)
R1
U C1 (s)
1 sC 1
R2
1 U (s) c sC 2
U r (s)
I1 (s)
I 2 (s)
(b) 运算电路图
例3 画出下列RC网络的结构图
② ①
U r (s)
-
x
C
1 R1
I1 (s)
-
x
B
1 sC 1
UC1 (s)
③
I 2 ( s)
1 R2
④
Uc (s)
非单位反馈化为单位反馈
G1 G 1 G1G2
(G1G2 ) 1 (G1G2 ) 1
G1G2 1 1 (G1G2 ) 1 G2
五、等效移动规则
1、引出点的移动
1）前移 X1
G(S)
X2
X2
X1
G(S) G(S)
X2
X2
在移动支路中串入所越过的传递函数方框 2）后移 X1 X2 X1 1/G(S) X1 G(S) X2 X1
x3 x1 x2 注意：相邻引出点和比较点之 间不能互换! 相邻综合点之间可以随意调换位置 x4 x3 x3 x1 x1 Y x2 x4 Y x1 x2
x3
Y
Y
x2
[注意]： 相临的信号比较点位置可以互换；见下例 C (s ) R1 (s) R1 (s) R2 (s) R3 ( s)
自动控制原理第二章方框图
R1C2s
(R1C1s 1)(R2C2s 1) R1C2s
(R1C1s 1)(R2C2s 1)
解法二：
ui (s)
-
1 I1(s) - 1 u(s)
R1
I (s) C1s
-
1
1 uo (s)
R2 I2(s) C2s
ui (s) 1
R1
ui (s) 1
R1
-
1
-
C1s
1 R1
-
1
-
C1s
1 R1
1
自动控制原理第二章方框图自动控制方框图闭环控制系统方框图串级控制系统方框图前馈控制系统方框图控制系统方框图单回路控制系统方框图过程控制系统的方框图自动调节系统方框图控制方框图
传递函数的表达形式
有理分式形式：G(s)
b0 s m a0 s n
b1s m1 a1s n1
bm1s an1s
bm an
H3
相加点移动 G3 G1
G3 G1
向同无类用移功动
G2
错！
G2
H1
G(s) G1G2 G2G3 1 G1G2 H1
G2
G1 H1
总的结构图如下：
ui (s)
-
1 I1(s) - 1 u(s)
R1
I (s) C1s
-
1
1 uo (s)
R2 I2(s) C2s
ui (s)
-
C2s
1 I1(s) - 1 u(s)
X 2 (s)
X (s) G(s) Y (s)
X 2 (s)
X1(s)
相加点和分支点在一般情况下，不能互换。
X 3 (s)
X (s)
开环闭环控制系统方框图
（红绿灯）
输出量 （灯亮、灭时序）
7、公园音乐喷泉自动控制系统
输入量 （音乐信号）
控制器 （声控装置）
8、自动升旗控制系统
输入量 （定时时间）
控制器 （定时装置）
执行器 （阀门）
控制量 （开、关）
被控对象 （喷嘴）
输出量 （喷水与否）
控制量
（转动）
执行器
被控对象
（电动机）
（滑轮、国旗）
输出量 （升旗速度）
控制器 （定时器）
控制量
（电流）
执行器
被控对象
（触点延时开关）
（楼道灯）
控制量
（水流量）
输出量 （门开或闭）
输出量 （灯亮或灭）
输出量 （游泳池的水位）
6、十字路口的红绿灯定时控制系统
控制量
（电流）
输入量
控制器
执行器
被控对象
（设定亮、灭时序）
（电脑）
（时序控制装置）
控制器 （踏脚板）
控制量
（转动）
执行器
被控对象
（传动装置）
（缝纫机）
输出量 （缝纫速度）
14、根据车流量大小自动改变红绿灯时间控制系统
输入量 （车流量）
控制器 （电脑）
控制量
（时间）
执行器
被控对象
（控制电路）
（红绿灯）
输出量 （灯亮时长）
15、普通全自动洗衣机控制系统
输入量 （接通电源）
控制器 （控制电路）
被控对象 （粮库）
12、自动保温电热水壶控制系统
给定量 （设定的温度）
比较器
控制器 （温控装置）
给定量 （输入量）
比较器
控制器
开环闭环控制系统方框图
开环控制系统方框图20例1、水泵抽水控制系统2、家用窗帘自动控制系统3、宾馆自动门控制系统4、楼道自动声控灯装置5、游泳池定时注水控制系统输入量 （给定量） 控制器 执行器被控对象输出量 （被控量）控制量输入量 （接通电源） 控制器 （控制电路）执行器 （水泵）被控对象 （水管）输出量 （水管排出水）控制量 （水流量）输入量 （天亮或暗） 控制器 （光的检测装置） 执行器 （电动机）被控对象 （窗帘）输出量 （窗帘开或闭）控制量 （转动）输入量 （人热辐射发出的信号） 控制器 （控制电路） 执行器 （电动机）被控对象 （自动门）输出量 （门开或闭）控制量 （转动）输入量 （设定注水的时间） 控制器 （定时器）执行器 （进水门阀）被控对象 （游泳池）输出量 （游泳池的水位）控制量 （水流量）输入量 （有无声音） 控制器 （声电传感器）执行器 （触点延时开关）被控对象 （楼道灯）输出量 （灯亮或灭）控制量 （电流）6、十字路口的红绿灯定时控制系统7、公园音乐喷泉自动控制系统8、自动升旗控制系统9、宾馆火灾自动报警系统10、宾馆自动叫醒服务系统11、活动猴控制系统12、公共汽车车门开关控制系统输入量 （设定亮、灭时序） 控制器 （电脑） 执行器 （时序控制装置） 被控对象 （红绿灯）输出量 （灯亮、灭时序）控制量（电流）输入量 （音乐信号） 控制器 （声控装置） 执行器 （阀门） 被控对象 （喷嘴） 输出量 （喷水与否）控制量 （开、关） 输入量 （烟雾信号） 控制器 （感烟控制装置） 执行器 （报警电路） 被控对象 （报警部件） 输出量 （报警信号）控制量 （电流） 输入量 （人操纵动作） 控制器 （牵引线） 执行器 （线、孔杠杆装置） 被控对象 （猴的活动部件） 输出量 （猴的动作或表情）控制量 （活动量） 输入量（开、关）控制器（控制电路）执行器（执行活塞）被控对象 （车门）输出量 （车门的控制量（压缩空气流向）输入量 （定时时间） 控制器 （定时装置） 执行器 （电动机） 被控对象 （滑轮、国旗） 输出量 （升旗速度）控制量（转动）输入量 （时间设定） 控制器 （电脑） 执行器 （拨号装置） 被控对象 （电话机）输出量 （电话铃声）控制量（电流）13、家用缝纫机缝纫速度控制系统14、根据车流量大小自动改变红绿灯时间控制系统15、普通全自动洗衣机控制系统16、手电筒控制装置17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统18、可调光台灯控制系统输入量 （脚踏速度） 控制器 （踏脚板） 执行器 （传动装置） 被控对象 （缝纫机）输出量 （缝纫速度）控制量（转动）输入量 （车流量） 控制器 （电脑） 执行器 （控制电路） 被控对象 （红绿灯）输出量 （灯亮时长）控制量（时间）输入量 （人的动作） 控制器 （按钮） 执行器 （电路） 被控对象 （小灯泡） 输出量 （亮或灭）控制量 （电流） 输入量 （接通电源） 控制器 （控制电路） 执行器 （电机等装置） 被控对象 （洗衣机） 输出量 （运行或停止）控制量（转动等）输入量 （压力传感器是否测到压力异常信号） 控制器 （控制电路） 执行器 （电机） 被控对象 （门刹车） 输出量 （门锁定与否）控制量 （转动） 输入量（设定的档位）控制器 （控制电路） 执行器 （可变电阻） 被控对象 （灯泡） 输出量 （灯泡亮度）控制量（电流大小）19、电吹风控制系统20、普通电风扇控制系统闭环控制系统方框图12例1、家用压力锅工作原理2、投篮输入量 （设定的档位） 控制器 （控制电路） 执行器 （风扇、电热丝）被控对象 （电吹风）输出量 （风速、温度）控制量 （电压）输入量 （设定的档位） 控制器 （控制电路）执行器 （电动机）被控对象 （电风扇）输出量 （风速）控制量 （转速）控制器执行器被控对象（输出量）给定量 （输入量） 检测装置控制量比较器控制器 （重锤）执行器 （出汽孔） 被控对象 （压力锅）被控量 （锅内压力）给定量 （重锤重力）检测装置 （重锤）控制量 （出汽量）比较器控制器 （大脑）执行器 （手）被控对象 （篮球）被控量 （篮球位置）给定量 （篮圈位置） 检测装置 （眼睛）控制量 （投掷力）比较器3、供水水箱的水位自动控制系统4、加热炉的温度自动控制系统5、抽水马桶的自动控制系统6、花房温度控制系统控制器 （机械或电气控制装置）执行器 （阀门）被控对象 （水箱）被控量 （水箱水位）给定量 （设定的水位高度）检测装置 （浮球或液位传感）控制量 （进水量）比较器控制器 （电子或微机控制装置）执行器 （加热器）被控对象 （加热炉）被控量 （炉内温度）给定量 （设定的温度）检测装置 （热电偶） 控制量 （电压）比较器控制器 （连杆机构）执行器 （进水阀门）被控对象 （水箱）被控量 （水箱水位）给定量（设定的水位）检测装置 （浮球）控制量 （进水量）比较器给定量 （设定的温度） 控制器 （控制电路）执行器 （加热或制冷元件） 被控对象 （花房）被控量 （花房温度）检测装置 （温度传感器）控制量 暖量）比较器7、夏天房间温度控制系统8、家用电饭锅保温控制系统9、家用电冰箱温度控制系统10、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统给定量 （设定的温度）控制器 （控制装置）执行器 （制冷装置） 被控对象 （空调房间）被控量（房内实际温度）检测装置 （空调测温装置）控制量 （制冷量）比较器控制器 （控制电路）执行器 （加热器） 被控对象 （水箱）被控量给定量 （设定的水温） 检测装置 （感温装置）控制量 （加热时间）比较器控制器 （控制装置）执行器 （制冷装置）被控对象 （电冰箱）被控量 （冰箱实际温度）给定量 （设定的温度）检测装置 （冰箱温控装置）控制量 （制冷量）比较器给定量（设定的温度）控制器 （温控装置）执行器 （电热盘）被控对象 （电饭锅）被控量—80℃） 检测装置 （双金属片）控制量 （加热时间）比较器11、粮库温、湿度自动控制系统12、自动保温电热水壶控制系统控制器 （控制装置）执行器 （降温除湿装置）置被控对象 （粮库）被控量 （粮库内温、湿度）给定量（设定的温、湿度） 检测装置 （感温、湿装置）控制量 （降温除湿时间）比较器给定量 （设定的温度）控制器 （温控装置）执行器 （加热器） 被控对象 （水壶）检测装置（测温装置）控制量 （加热时间）比较器。
《控制系统框图》课件
总结词
掌握绘制框图的正确方法是学习控制系统框图的关键。
详细描述
在绘制控制系统框图时，需要遵循一定的规则和步骤。首先，确定系统中的各个组成部分，并为其分配相应的方框。然后，根据各部分之间的相互关系，使用箭头将它们连接起来，箭头方向表示信号或信息的流向。为了使框图更加清晰易懂，可以使用不同的符号或标记来表示不同类型的框图元素。
《控制系统框图》ppt课件
目录
控制系统概述控制系统框图基础控制系统框图的实例分析控制系统框图的优化与改进控制系统框图的应用与发展
01
CHAPTER
控制系统概述
03
控制系统的性能指标包括稳定性、快速性、准确性和鲁棒性等。
01
控制系统是由控制器和被控对象组成的，通过改变被控对象的输入信号，使得被控对象的输出信号达到期望的输出值。
03
CHAPTER
控制系统框图的实例分析
总结词
描述了温度控制系统的组成和工作原理，包括温度传感器、控制器、加热器和冷却器等部件。
详细描述
温度控制系统框图包括温度传感器、控制器、加热器和冷却器等部件。温度传感器负责检测当前温度，并将信号传输给控制器。控制器根据设定温度与实际温度的差值，输出控制信号给加热器或冷却器，以调节温度。
交通管理
通过控制系统框图，实现农业设备的自动化控制，提高农业生产效率。
农业自动化
A
B
C
D
THANKS
感谢您的观看。
总结词
学会解读和分析框图是学习控制系统框图的重要目标。
要点一
要点二
详细描述
在掌握绘制方法的基础上，学会解读和分析控制系统框图是至关重要的。通过解读框图，可以了解系统的整体结构和各部分的功能，分析系统的工作原理和控制逻辑。同时，还可以通过分析框图来评估系统的性能、稳定性以及可能存在的问题。在分析过程中，需要运用相关的控制理论知识，如开环与闭环控制、稳定性分析等。
控制系统的方框图25页PPT
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只的方框图
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
2.4 控制系统方块图
[1 G(s) ( s) G(s) G B ( s) R( s ) 1 G( s) H ( s)
其等效变换结果如右图：
注意：减号对应于正反馈
综合点与引出点的移动（消除交叉回路） 原理——保证移动前后各输入输出关系不变 （1） 综合点前后移 下图表示了综合点前移的等效变换。
GK (s) G1 (s)G2 (s) H (s)
2、r(t)作用下系统的闭环传递函数
令n(t)=0,方块图变为
G B (s) G1 ( s)G2 ( s) C ( s) R( s) 1 G1 ( s)G2 ( s) H ( s)
C ( s) R( s)
GB(s)为在输入信号r(t)作用下系统的闭环传递函数。
练习：绘制两级RC网络的结构图
例3 试绘制电动机转速控制系统的结构图
2.4.2 方块图的化简
方块图的运算和变换 就是将复杂的方块图化为一个等效的方框，使方框中的数学 表达式为方块图的总传递函数。 1．方块图的基本组成形式 方块图的基本组成形式可分为三种：串联、并联和反馈 （1）串联连接 方框与方框首尾相连。前一个方框的输出， 作为后一个方框的输入。
G( s) G1 ( s)G2 ( s)
两个串联的等效传递函数，等于该两个传递函数的乘积 推广到n个环节的串联。
注意：两个串联的环节存在一个负载效应问题。
1 G1 ( s) R1 R2C1C2 s 2 ( R1C1 R2C2 R1C2 )s 1
1 1 G2 ( s ) R1C1s 1 R2C2 s 1 1 R1 R2C1C2 s 2 ( R1C1 R2C2 ) s 1
riuucr??1??ticucd12对上面两式进行拉氏变换得srisusucr??1sisusurcr??31sicssuc?43式和4式分别用图a和图b表示将图a图b合并并将输入量置于图的左端输出量置于右端同一变量的信号连接在一起如图c所示即得rc网络的结构图
开环闭环控制系统方框图
开环闭环控制系统方框图开环控制系统方框图20例1、水泵抽水控制系统2、家用窗帘自动控制系统3、宾馆自动门控制系统 输入量 （给定量）控制器执行器被控对象输出量 （被控量）控制量输入量 （接通电源）控制器 （控制电路）执行器 （水泵）被控对象 （水管）输出量 （水管排出水）控制量 （水流量）输入量 （天亮或暗）控制器 （光的检测装置）执行器 （电动机）被控对象 （窗帘）输出量 （窗帘开或闭）控制量（转动）输入量（人热辐射发出的信号）控制器 （控制电路）执行器（电动机）被控对象 （自动门）输出量 （门开或闭）控制量 （转动）4、楼道自动声控灯装置5、游泳池定时注水控制系统6、十字路口的红绿灯定时控制系统输入量 （设定注水的时间）控制器 （定时器）执行器 （进水门阀）被控对象 （游泳池）输出量 （游泳池的水位）控制量（水流量）输入量（设定亮、灭时序）控制器 （电脑）执行器 （时序控制装置）被控对象 （红绿灯）输出量 （灯亮、灭时序）控制量 （电流）输入量 （有无声音）控制器 （声电传感执行器 （触点延时开关）被控对象 （楼道灯）输出量 （灯亮或灭）控制量 （电流）7、公园音乐喷泉自动控制系统8、自动升旗控制系统9、宾馆火灾自动报警系统输入量 （音乐信号）控制器 （声控装置）执行器 （阀门）被控对象 （喷嘴）输出量 （喷水与否）控制量 （开、关）输入量（烟雾信号）控制器 （感烟控制装置）执行器 （报警电路）被控对象 （报警部件）输出量 （报警信号）控制量 （电流）输入量（定时时间）控制器 （定时装置）执行器 （电动机）被控对象 （滑轮、国旗）输出量 （升旗速度）控制量 （转动）10、宾馆自动叫醒服务系统11、活动猴控制系统12、公共汽车车门开关控制系统输入量 （人操纵动作）控制器 （牵引线）执行器（线、孔杠杆装置）被控对象 （猴的活动部件）输出量 （猴的动作或表情）控制量 （活动量）输入量 （开、关）控制器 （控制电路）执行器 （执行活塞）被控对象 （车门）输出量（车门的开或关）控制量 （压缩空气流向） 输入量 （时间设定）控制器 （电脑）执行器 （拨号装置）被控对象 （电话机）输出量 （电话铃声）控制量（电流）13、家用缝纫机缝纫速度控制系统14、根据车流量大小自动改变红绿灯时间控制系统15、普通全自动洗衣机控制系统输入量 （脚踏速度）控制器 （踏脚板）执行器 （传动装置）被控对象 （缝纫机）输出量 （缝纫速度）控制量 （转动）输入量 （车流量）控制器 （电脑）执行器 （控制电路）被控对象 （红绿灯）输出量 （灯亮时长）控制量 （时间）输入量 （接通电源）控制器 （控制电路）执行器 （电机等装置）被控对象 （洗衣机）输出量 （运行或停止）控制量 （转动等）16、手电筒控制装置17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统18、可调光台灯控制系统输入量 （人的动作）控制器（按钮） 执行器 （电路）被控对象 （小灯泡）输出量 （亮或灭）控制量 （电流）输入量 （压力传感器是否测到压力异常信号）控制器 （控制电路）执行器 （电机）被控对象 （门刹车）输出量 （门锁定与否）控制量 （转动）输入量 （设定的档位）控制器 （控制电路）执行器 （可变电阻）被控对象 （灯泡）输出量 （灯泡亮度）控制量（电流大小）19、电吹风控制系统20、普通电风扇控制系统输入量 （设定的档位）控制器 （控制电路）执行器 （风扇、电热丝）被控对象 （电吹风）输出量 （风速、温度）控制量 （电压）输入量 （设定的档位）控制器 （控制电路）执行器 （电动机）被控对象 （电风扇）输出量 （风速）控制量 （转速）闭环控制系统方框图12例1、家用压力锅工作原理2、投篮3、供水水箱的水位自动控制系统控制器执行器被控对象（输出量）给定量 （输入量） 检测装置控制量比较器控制器 （重锤）执行器 （出汽孔） 被控对象 （压力锅）被控量 （锅内压力）给定量 （重锤重力）检测装置 （重锤）控制量 （出汽量）比较器控制器 （大脑）执行器 （手）被控对象 （篮球）被控量 （篮球位置）给定量 （篮圈位置） 检测装置 （眼睛）控制量 （投掷力）比较器控制器 （机械或电气控制装置）执行器 （阀门）被控对象 （水箱）被控量 （水箱水位）给定量 （设定的水位高度）检测装置 （浮球或液位传感）控制量 （进水量）比较器4、加热炉的温度自动控制系统5、抽水马桶的自动控制系统6、花房温度控制系统7、夏天房间温度控制系统控制器 （电子或微机控制装置）执行器 （加热器）被控对象 （加热炉）被控量 （炉内温度）给定量 （设定的温度）检测装置 （热电偶）控制量（电压）比较器控制器 （连杆机构）执行器 （进水阀门）被控对象 （水箱）被控量 （水箱水位）给定量（设定的水位）检测装置 （浮球）控制量（进水量）比较器给定量 （设定的温度）控制器 （控制装置）执行器 （制冷装置） 被控对象（空调房间）被控量（房内实际温度）检测装置 （空调测温装置）控制量 （制冷量）比较器给定量 （设定的温度） 控制器 （控制电路）执行器 （加热或制冷元件） 被控对象 （花房）被控量 （花房温度）检测装置 （温度传感器）控制量 暖量）比较器8、家用电饭锅保温控制系统9、家用电冰箱温度控制系统10、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统11、粮库温、湿度自动控制系统 控制器 （控制电路）执行器 （加热器） 被控对象 （水箱）被控量给定量 （设定的水温） 检测装置 （感温装置）控制量 （加热时间）比较器控制器 （控制装置）执行器 （制冷装置）被控对象 （电冰箱）被控量 （冰箱实际温度）给定量 （设定的温度）检测装置 （冰箱温控装置）控制量 （制冷量）比较器给定量 （设定的温度）控制器 （温控装置）执行器 （电热盘）被控对象 （电饭锅）被控量—80℃） 检测装置 （双金属片）控制量（加热时间）比较器控制器 （控制装置）执行器 （降温除湿装置）置被控对象 （粮库）被控量 （粮库内温、湿度）给定量 （设定的温、湿度）检测装置 （感温、湿装置）控制量（降温除湿时间）比较器12、自动保温电热水壶控制系统给定量（设定的温度）控制器（温控装置）执行器（加热器）被控对象（水壶）检测装置（测温装置）控制量（加热时间）比较器。
常见开环控制系统方框图
常见开环控制系统方框图开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
开环控制系统特征：系统的输出量仅受输入量控制.输入.量到输出量之间的信号是单向传递。
开环控制系统的方框图：输入量——控制系统的给定量； 输出量——控制系统所要控制的量；控制器——对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件； 执行器——直接对被控对象进行控制的装置或元件； 被控对象——控制系统所要控制的装置或生产过程。
控制量——执行器的输出信号.一般是影响被控量变化的因素；（输出量≠控制量.输出量＝被控量）1.自动门的控制系统自动门工作过程：（1）当有人到达门前某一距离时.传感器感知.并发出“有人”的信号（2）控制器接到传感器传来的信号后.经变换放大后传给电动机（这里的电动机叫做执行器.也称为驱动器）； （3）电动机根据传来的开门信号转动.门被打开（这里的门叫做被控制对象.也称为控制对象.简称对象）（4）控制器保持开门信号延迟后.自动发出关门信号.电动机反转.门重新关闭。
自动门控制系统的方框图：2.水泵抽水控制系统：人体热辐射信号 控制电路 电机 自动门 门的开 或关 转动输入量 控制器执行器 被控对象输出量 控制量输入量 （给定量） 控制器 执行器 被控对象输出量（被控量） 控制量3.家用窗帘自动控制系统4.楼道自动声控灯装置输入量（接通电源）控制器（控制电路）执行器（水泵）被控对象（水管）输出量（水管排出水）水流量（输入量）天亮或暗的光信号控制器（控制电路）执行器（电动机）被控对象（窗帘）输出量（窗帘开或闭）控制量（转动）5.游泳池定时注水控制系统6.十字路口的红绿灯定时控制系统7.公园音乐喷泉自动控制系统输入量（有无声光信号）控制器（控制电路）执行器（触点延迟开关）被控对象 （楼道灯） 输出量（灯亮或灭）控制量（电流）输入量（设定注水的时间）控制器 （定时器）执行器 （进水门阀）被控对象 （游泳池） 输出量 （游泳池的水位）控制量（水流量）输入量（设定亮、灭时序） 控制器（电脑） 执行器（时序控制装置）被控对象 （红绿灯） 输出量（灯亮、灭时序）控制量（水流量）8.自动升旗控制系统9.宾馆火灾自动报警系统输入量 （音乐信号） 控制器（声电转换装置） 执行器 （水泵）被控对象 （喷头） 输出量 （喷泉水柱）控制量（转速） 输入量（定时时间） 控制器（定时装置） 执行器 （电动机）被控对象 （国旗） 输出量 （升旗速度）控制量（转动）10.宾馆自动叫醒服务系统11.公共汽车车门开关控制系统输入量 （烟雾信号） 控制器（感烟控制装置） 执行器 （报警电路）被控对象 （报警部件） 输出量 （报警信号）控制量（电流）输入量（时间设定） 控制器（电脑） 执行器 （拨号装置）被控对象 （电话机） 输出量（电话铃声） 控制量（电流）12.普通全自动洗衣机控制系统13.可调光台灯控制系统输入量 （开、关信号）控制器（控制电路）执行器 （气动活塞）被控对象 （车门） 输出量（车门的开或关）控制量（行程）输入量（通电、设定状态）控制器 （控制电路）执行器 （电机等装置）被控对象 （洗衣机） 输出量（运行或停止）控制量（转动等）14.电吹风控制系统15.普通电风扇控制系统输入量（设定的档位）控制器（控制电路）执行器 （可变电阻）被控对象 （灯泡） 输出量 （灯泡亮度）控制量（电流）输入量 （设定的档位）控制器（控制电路）执行器（风扇、电热丝）被控对象 （电吹风） 输出量（风速、温度）控制量（电压）16.电饭锅煮饭控制系统17.手电筒控制系统输入量 （设定的档位）控制器（控制电路）执行器 （电动机）被控对象 （电动机） 输出量 （风速） 控制量（转速）控制器 （开关装置）执行器 （电热盘） 被控对象 （电饭煲） 输出量（煲内温度）控制量（热量）18.家用缝纫机缝纫速度控制系统19.希罗的自动门控制系统输入量（人的动作） 控制器（开关）执行器 （电路） 被控对象 （灯泡） 输出量 （灯泡亮或灭） 控制量（电流）输入量（脚踩的力） 控制器（踏脚板）执行器（传动装置）被控对象 （缝纫机） 输出量（缝纫速度）控制量（转动）20.电子门铃的开环电子控制系统21.利用遥控器转换电视频道22.活动猴控制系统输入量（祭坛点火 或火熄灭）控制器 （火炉）执行器 （联动装置）被控对象 （庙门） 输出量（门开或关）控制量（轴转动）输入量 （按开关）控制器 （集成电路）执行器 （电路）被控对象 （喇叭）输出量 （音乐声）控制量（电流）输入量 （按频道按钮） 控制器（遥控器）执行器 （接收电路）被控对象 （电视机） 输出量 （电视节目）控制量（电流）23.车俩超速检测系统24.电动车的防盗报警系统输入量 （人操纵动作）控制器（牵引线）执行器 （线、孔杠杆装置）被控对象 （活动猴） 输出量（猴的动作）控制量（活动量）输入量 （汽车速度）控制器 （电脑）执行器 （控制机构）被控对象 （照相机） 输出量（车图像信号存储、输出）控制量（执行信号）25.路灯自动控制系统输入量（外力强度）控制器（控制电路）执行器（开关装置）被控对象（音响装置）输出量（警报声）控制量（电流）输入量（光线强度）控制器（感光传感器）执行器（开关装置）被控对象（路灯）输出量（灯亮灭）控制量（电流）。
2.3 控制系统的结构图方框图7
R
ui
iC
uo
（a）
一阶RC网络
Uo
(s)
1 sC
I
(s)
I(s) Ui (s) Uo(s) R
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Ui(s)
1 R
Uo(s) （b）
I (s)
I (s)
1 SC
（c）ห้องสมุดไป่ตู้
Uo (s)
将图（b）和(c)组合起来即得到图(d)，图(d)为该一阶 RC网络的方框图。
例 画出下列R-C网络的方框图
R1
R2
ur i1 C1
i2 C2
uc
(a) 电路图
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R1 UC1 (s)
R2
Ur (s)
1
I1(s)
sC1 I2 (s)
(b) 运算电路图
②
①
Ur (s)
-
1 I1(s)
-
C R1
B
UC1 (s)
1 Uc (s)
sC 2
Uc
(s)
I2 (s) sC2
(1)
I2
(s)
U
C1
(s) R2
U
c
(s)
(2)
UC1 (s)
I1(s) I2 (s) sC1
(3)
I1
(s)
U
r
(s)
U C1 R1
(s)
(4)
1 UC1 (s) ③ 1
sC1
R2
-
Uc (s)
I2(s) ④
1
Uc (s)
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方框图的特点
1、依据微分方程或经拉氏变换得到的变换方程，可以方便 地画出结构图。再经过结构图的等效变换，便可求出图中任 意两信号（变量）间的传递函数。 2、结构图对研究整个控制系统的动态性能及分析各环节对系 统总体性能的影响，比较形象和直观。 3、同一系统，可以画出不同形式的结构图，即结构图对所描 述的系统来说不是唯一的。但是，经结构变换所得的结果应 该是相同的，即同一系统的传递函数是唯一的。 4、结构图只包括与系统动态特性有关的信息，并不显现系统 的物理结构，不同的物理系统有可能具有相同的结构图。
Uo(s) 1/Cs
I ( s) Uo( s) Cs
其相应方框如图所示
Ui(s) Uo(s)
I(s)
1/R 1/Cs
Uo(s)
将两个单元的方框图结合在一起，就可以得到如图所示的 系统完整方框图。
例2-6 图中为电枢 电压控制的直流电 动机,描述其运动方 程为
零初始条件下，对式中两边取拉氏变换
① N（s）=0时（无扰动） 输入R（s），输出C（s）
G1( s )G 2( s ) C1( s ) R( s) 1 G1( s )G 2( s ) H ( s )
R(s)
C(s)
G1G2
H
N(s)
② R（s）=0时（无参数输入）
C 2( s ) G 2( s ) N ( s) 1 G1( s )G 2( s ) H ( s)
E1( s ) R( s) 1 G1( s )G 2( s ) H ( s )
R(s) E(s) B(s) H C(s) G1G2
N(s)
② R（s）=0时（无参数输入）
E(s) G1 B(s) H G2
C(s)
E ( s ) B( s ) H ( s)C ( s)
H ( s)G 2( s)[ N ( s) G1( s) E ( s)] H ( s)G 2( s) E 2 ( s) N ( s) 1 G1G 2 H ( s)
一、方框图的组成
系统的方框图，是由许多对信号进行单向运算 的方框和一些信号线组成。 包括： 信号线（物理量）： 带箭头的线段。 表示系统中信号的流通方向，一般在线上标注信 号所对应的变量。 注意：
信号只能沿箭头方向流通，即信号的传递具有单向性。
引出点：信号引出或测量的位置
表示信号从该点取出。注意，从同一信号 线上取出的信号，大小和性质完全相同。 比较点： 表示两个或两个以上信号在该点相加 （+）或相减（-）。 注意，比较点处信号的运算符号（正、负）必须 标明，一般不标明则取正号。 方框：（环节） 表示输入、输出信号之间的动态传递关系，有 运算关系： Y（S）=G（S）X（S）
等效：
X (s)
G（s）
Y(s)
其中G（S）=G1(S)G2(S)
3． 反馈联接
R(s)
E(s)
G(s）
C(s)
B(s) H（s）
主通道：由输入信号开始经G(S)到输出通道称为主 通道，也称前向通道。 反馈通道：由取出点经反馈装置到主反馈 B(S)的通 道称为反馈通道，也称反馈通路。 可见：E(S)=R(S)-B(S)为偏差信号
U a ( s) ( Ra La s) I a ( s) Ea ( s) E a ( s) ce Ω( s) M D ( s ) cM I a ( s ) M D ( s) Js( s) M L ( s)
将同一变量的信号线连接起来 ，将输入 Ua(s)放在左端，输出Ω (s)放在图形右端，得系 统方框图如图所示。
三、方框图变换与简化
变换法则： 变换前后前向通路中的传递函数乘积不变
变换前后，回路中的传递函数乘积不变 途径：移动比较点或引出点（首先考虑移动引出点） 关键：解除方框图中出现的嵌套。
G6
例：
R(s) G1 G2 G3 G5 G7 G4
C(s)
分析方框图中，出现三个环且其中两环出现交叉。 如解除交叉，则可方便简化 可见：移动G6分支所在取出点，则可使问题简化。
C(s) G1 G2
H
注意：线性系统用叠加原理
C ( s) C1( s) C 2( s) G1G 2 G2 R( s ) N ( s) 1 G1G 2 H 1 G1G 2 H G1( s)G 2( s) R( s) G 2( s) N ( s) 1 G1( s)G 2( s) H ( s)
方框图（也称结构图）的绘制步骤： 1、首先按照系统的结构和工作原理，分解出各环节， 确定各元部件或环节的输入量与输出量，并写出它的 传递函数。
2、绘出各环节的动态框图，框图中标明它的传递函数， 并以箭头和字母符号表明其输入量和输出量。 3、将系统的输入量放在最左边，输出量放在最右边， 按照信号的传递顺序把各框图依次连接起来，就构成 了系统的动态结构图。
解：
R(s) G1
G6
G2
1/G4 C(s) G3 G5 G4
G7
G6/G4
R(s)
G1
G2
G3G4 1+G3G4G5
C(s)
G7
R(s)
G1
G2G3G4 1+G3G4G5 1+ G2G3G6 1+G3G4G5
C(s)
G7
R(s)
C(s) G1G2G3G4 1+G3G4G5+G2G3G6 G7
R(s)
二、联接方式
1.串联：环节首尾相联的方式。
X (s) G1（s） U(s) G2（s） Y(S)
Y(S)=G2(S)U(S)=G2(S)G1(S)X(S)
等效：
G（s） X (s) Y(s)
其中G（S）=G1(S)G2(S)
2.并联：环节输入信号相同，输出信号相加（减）
G1 X(S) Y(S)
G2
闭环传递函数：
C ( s) GB ( s) R( s ) C ( s) G ( s) E ( s) G ( s)(R( s) B( s)) G ( s) R( s) G ( s) H ( s)C ( s) [1 G ( s) H ( s)]C ( s) G ( s) R( s) GO C ( s) G R( s) !G ( s) H ( s) 1 G K
C(s)
G1G2G3G4 1+G3G4G5+G2G3G6+G1G2G3G4G7
C(s)
G1G2G3G4 R(s) 1 G3G4G5 G2G3G6 G1G2G3G4G7
四、一般反馈控制系统的结构图
N(s) R(s) E G1(s) b H(s) G2(s) C(s)
1.传递函数
利用叠加原理：（R（s）、N（s）同时作用）
E(s) E1(s) E2(s) 1 G2H R( s ) N ( s) 1 G1G2H 1 G1G 2 H
几个定义： 开环传递函数：主反馈信号与偏差信号之比 GK(S)=B(S)/E(S)
B(S)=H(S)y(S)= H(S)G(S)E(S) B(S)/E(S)=H(S)G(S)=G(S)H(S)
前向通路的传递函数：输出信号与偏差信号之比
Go C ( s) G ( s) E ( s) G(s) E (s) E ( s)
§2-4 方框图
建立自动控制系统的传递函数的图示方法— 方框图（结构图、方块图）和信号流图。
是控制系统结构描述的数学方法。 是描述系统各组成元、部件之间的信号 传递关系的数学图形。
（控制系统是由一些典型环节组成的，将各环节的传递 函数框图，根据系统的物理原理，按信号传递的关系， 依次将各框图正确地连接起来，即为系统的方框图。 方框图是系统的又一种动态数学模型，采用方框图更便 于求传递函数，同时能形象直观地表明各信号在系统或 元件中的传 Nhomakorabea过程。）
称1+G1G2H（s）=0为特征方程。
2．误差传递函数（误差响应，输入（扰动））
E ( s) GeR ( s) R( s )
① N（s）=0时（无扰动）
E ( s) G eN ( s) N ( s)
E（s）=R（s）-B（s） = R（s）-H（s）C（s） = R（s）-H（s）G1（s）G2（s）E（s）
绘制注意事项：
在方框图中，沿信号传递的方向。 在绘制动态结构图时，一般先按从左到右的顺 序绘制出前向通路的结构图，然后再绘制反馈 通路的结构图。
例2-5:画出图所示电路的方框图。
R
Ui
C
Uo
解：根据电路列出如下方程： 在零初始条件下得：
Ui(s)
Uo(s) I(s)
I(s) 1/R
U i ( s) U o ( s) I ( s) R