控制系统的结构图
控制系统的结构图
当建立了系统传递函数的概念之后，就可以将其与方块图结合起来，进一步描述系统的动态性能与数学结构，从而产生了控制系统的结构图。
一、结构图的概念
控制系统的结构图是由具有一定函数关系的若干方框组成，按照系统中各环节之间的
联系，将各方框连接起来，并标明信号传递方向的一种图形。在结构图中，方框的一端为
相应环节的输入信号，另一端为输出信号，信号传递方向用箭头表示，方框中的函数关系
即为相应环节的传递函数。
结构图能简单明了地表达系统的组成、各环节的功能和信号的流向，它既是一种描述系统各元部件之间信号传递15uF 16V A关系的图形，也是系统数学模型结构的图解表示，更是求取复
杂系统传递函数的有效工具。
二、结构图的组成
控制系统的结构图一般由四种基本单元组成
1．伯号线
通常也称为结构图的四要素
信号线是带有箭头的直线。其中，箭头表示信号的流向，信号的时间函数或象函数(即
拉氏变换)标记在直线夯，如图2．21(a)所示。故，信号线标志系统的变量。
2．引出点
引出点又称为分支点或测量点，它把信号分两路或多路输出，表示信号引出或测量的
位置，如图2．21〔b)所示。同一位置引出的信号大小和性质完全一样。
3．比较点
比较点又称为综合点或相加点，是对两个或两个以上的信号进行加减(比较)的运算。
“十”表示相加，“一”表示相减，“十”号可省略不写，如图2．21(c)所示。注意：进行相加减
的量，必须具有相同的物理量纲。
4．方框
方框表示元件TAJA156M016RNJ或环节输入量与输出量之间的函数关系
函数，如图2．21(d)所示。且有
方框中写上元件或环节的传递
2．4．3 结构图的绘制
绘制结构图的一般步骤如下：
(1)分别列写组成系统各元件的拉氏变换方程，在有些情况下，可先列写微分方程，再在零韧始条件下钽电容进行拉氏变换；
(2)用构成结构图的基本要素表征每个方程，即画出相应的结构单元；
(3)按照各元件的信号流向，将各结构单元首尾相连，并闭合图形．即可得到系统的结构图。cjmc%ddz
第二章 计算机控制系统的组成
第二章 计算机控制系统的组成 第 1 页 共 15 页 第二章 计算机控制系统的组成 第一节 计算机控制系统组成概述 一、计算机控制系统的组成 图2－1(a) 计算机控制系统的组成框图
如图2－1（a）所示，计算机控制系统主要由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分；生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置，这些装置有各种类型的标准产品，在设计计算机控制系统时根据需要进行合理选型。 二、工业控制机 工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。 1、工业控制机的硬件组成 图2－1（b）工业控制机的硬件组成原理图 工业控制机的硬件包括主机板、内部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通信接口、输入输出通道。 （1）主机板:CPU、RAM、ROM等。 作用：进行数值计算、逻辑判断、数据处理。 （2）内部总线和外部总线 内部总线：工业控制机内部各组成部分进行信息传送的公共通道，它是一组信号线的集合。常用内部总线有IBM PC、PCI总线和STD总线。 外部总线：工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传递的公共通道。RS—232C、USB和IEEE—488通信总线。 （3）人—机接口:键盘、显示器、打印机。 （4）磁盘系统：软盘和硬盘。 （5）通信接口: 工业控制机和其它计算机或智能外设通信的接口。常用RS—
232C、USB和IEEE—488接口。 (6)系统支持功能 ①监控定时器(看门狗-Watchdog) ②电源掉电检测 ③保护重要数据的后备存贮器体 ④实时日历时钟 (7) 输入输出通道 工业控制机和生产过程之间设置的信号传递和变换的连接通道。它包括模拟量输入(AI)通道、模拟量输出(AO)通道、数字量(或开关量)输入(DI)通道、数字量(或开关量)输出(DO)通道。它的作用有两个： 其一、是将生产过程的信号变换成主机能够接受和识别的代码； 其二、是将主机输出的控制命令和数据，经变换后作为执行机构或电气开关的控制信号。 2、工业控制机的软件组成 计算机控制系统的硬件提供了物质基础，但只能构成裸机。必须为裸机提供或者研制软件，才能把人的思维和知识用于对生产过程的控制。 (1)系统软件 系统软件包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序。如美国Intel 公司推出的iRMX86实时多任务操作系统，美国Ready System 公司推出的嵌入式实时多任务操作系统VRTX／OS。除了实时多任务操作系统以外，也常常使用MS—DOS和Windows等系统软件。 (2)支持软件 支持软件包括汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等。 (3)应用软件 应用软件是系统设计人员针对某个生产过程而编制的控制和管理程序。它包括过程输入程序、过程控制程序、过程输出程序、人机接口程序、打印显示程序和公共子程序等。 3、常用的计算机控制系统主机 在计算机控制系统中，可编程控制器（Programmable Logic Controller—PLC)、工控机（Industrial Personal Computer—IPC ）、单片机、数字信号处理器、（Digit Signal Processor—DSP）、智能调节器等，都是常用
模块图和结构图
结构化设计方法使用的描述方式是系统结构图,也称结构图或控制结构图。它表示了一个系统(或功能模块) 的层次分解关系,模块之间的调用关系,以及模块之间数据流和控制流信息的传递关系,它是描述系统物理结构的主要图表工具。 系统结构图反映的是系统中模块的调用关系和层次关系,谁调用谁,有一个先后次序(时序)关系.所以系统结构图既不同于数据流图,也不同于程序流程图.在系统结构图中的有向线段表示调用时程序的控制从调用模块移到被调用模块,并隐含了当调用结束时控制将交回给调用模块。 如果一个模块有多个下属模块,这些下属模块的左右位置可能与它们的调用次序有关.例如,在用结构化设计方法依据数据流图建立起来的变换型系统结构图中,主模块的所有下属模块按逻辑输入,中心变换,逻辑输出的次序自左向右一字排开,左右位置不是无关紧要的. 系统结构图是对软件系统结构的总体设计的图形显示。在需求分析阶段,已经从系统开发的角度出发,把系统按功能逐次分割成层次结构,使每一部分完成简单的功能且各个部分之间又保持一定的联系,这就是功能设计.在设计阶段,基于这个功能的层次结构把各个部分组合起来成为系统.处理方式设计:确定为实现软件系统的功能需求所必需的算法,评估算法的性能.确定为满足软件系统的性能需求所必需的算法和模块间的控制方式(性能设计).确定外部信号的接收发送形式. 系统功能模块结构图,是什么 1.功能结构图就是按照功能的从属关系画成的图表，图中的每一个框都称为 一个功能模块。功能模块可以根据具体情况分的大一点或小一点，分解得最小功能模块可以是一个程序中的每个处理过程，而较大的功能模块则可能是完成某一个任务的一组程序。 2.功能结构图是对硬件、软件、解决方案等进行解剖，详细描述功能列表的 结构，构成，剖面的从大到小，从粗到细，从上到下等而描绘或画出来的结构图。从概念上讲，上层功能包括(或控制)下层功能，愈上层功能愈笼统，愈下层功能愈具体。功能分解的过程就是一个由抽象到具体、由复杂到简单的过程。图中每一个方框称为一个功能模块。功能模块可以根据
自动控制原理部分重点
自动控制原理重点 第一章自动控制系统的基本概念 第二节闭环控制系统的基本组成 1、基本组成 结构方块图如图所示 2、基本元部件： （1）控制对象：进行控制的设备或过程。（工作机械） （2）执行机构：执行机构直接作用于控制对象。（电动机） （3）检测装置：用来检测被控量，并将其转换成与给定量相同的物理 量（测速发电机） （4）中间环节：一般指放大元件。（放大器，可控硅整流功放） （5）给定环节：设定被控量的给定值。（电位器） （6）比较环节：将所测的被控量与给定量比较，确定两者偏差量。 （7）校正环节：用于改善系统性能。校正环节可加于偏差信号与输出信号之间的通道内，也可加于某一局部反馈通道内。前者称为串联校正，后者称为并联校正或反馈校正。第三节自控控制系统的分类 一、按数学描述形式分类： 1．线性系统和非线性系统 （1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。 （2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。 2．连续系统和离散系统 （1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。连续系统的运动规律可用微分方程描述，系统中各部分信号都是模拟量。
（2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。离散系统的运动规律可以用差分方程来描述。计算机控制系统就是典型的离散系统。 二、按给定信号分类 （1）恒值控制系统：给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。（2）随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。 （3）程序控制系统：给定值按一定时间函数变化。如程控机床。 第四节对控制系统的基本要求 对控制系统的基本要求归纳为稳定性、动态特性和稳态特性三个方面 1、系统的暂态过程 2、稳定性 3、动态特性 4、稳态特性 值得注意的是，对于同一个系统体现稳定性、动态特性和稳态特性的稳、快、准这三个要求是相互制约的。 第二章线性连续系统的数序模型 第三节传递函数 传递函数的定义：线性系统在零初始条件下，输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比。 第四节系统动态结构图 一、概念 1.动态结构图：是描述系统各组成元件之间信号传递关系的数学图形，它表示了系统的输入输出之间的关系。 2.结构图的组成： （1）信号线：带箭头的直线，箭头表示信号传递方向。 （2）引出点（分离点）：表示信号引出或测量的位置。 （3）比较点（相加点）：对两个以上信号加减运算。
自动控制原理实验
自动控制原理实验
实验一 控制系统的数学模型 一、 实验目的 1. 熟悉Matlab 的实验环境，掌握Matlab 建立系统数学模型的方法。 2. 学习构成典型环节的模拟电路并掌握典型环节的软件仿真方法。 3. 学习由阶跃响应计算典型环节的传递函数。 二、 实验内容 1. 已知图1.1中()G s 和()H s 两方框相对应的微分方程分别是： ()610()20()()205()10()dc t c t e t dt db t b t c t dt +=+= 且满足零初始条件，用Matlab 求传递函数()()C s R s 和()() E s R s 。 图1.1 系统结构图 2. 构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例-积分环节、比例-微分环节和比例-积分-微分环节的模拟电路并用Matlab 仿真； 3. 求以上各个环节的单位阶跃响应。 三、 实验原理 1. 构成比例环节的模拟电路如图1.2所示，该电路的传递函数为：
21 ().R G s R =- 图1.2 比例环节的模拟电路原理图 2. 构成惯性环节的模拟电路如图1.3所示，该电路的传递函数为： 221 (),,.1R K G s K T R C Ts R =-==+ 图1.2 惯性环节的模拟电路原理图 3. 构成积分环节的模拟电路如图1.3所示，该电路的传递函数为： 1(),.G s T RC Ts ==
图1.3 积分环节的模拟电路原理图 4. 构成比例-积分环节的模拟电路如图1.4所示，该电路的传递函数为： 2211()1,,.R G s K K T R C Ts R ??=-+== ??? 图1.4 比例-积分环节的模拟电路原理图 5. 构成比例-微分环节的模拟电路如图1.5所示，该电路的传递函数为： 221 ()(1),,.R G s K Ts K T R C R =-+==
2014自控真题
西北工业大学 2014年硕士研究生入学考试试题 自动控制原理（808） 一、（25分） 控制系统的结构图如图1所示， （1） 当没有前馈校正时，求使系统临界稳定的K 及相应的振荡频率； （2） 当没有前馈校正时，确定主导极点使系统动态指标超调量为4.3%，求此时系统 的K 及调节时间； （3） 在上述（2）条件下，设计前馈校正装置()c G s 消除系统在斜坡信号的作用下的 稳态误差。 R(t) K/s 4 Gc(s) - - C(t) 1(s+2)(s+6) 图1 题1控制系统结构图 二、（25分） 控制系统的结构图2（a ）所示，其中0()G s 的幅相特性曲线如图2（b ）所示， （1） 调节0K 使闭环系统在K =0.5时产生三重根； （2） 在上述0K 条件下，绘制系统当0K =→∞的根轨迹。计算渐近线、分离点、与虚轴交点，初始角等。 （3） 欲将系统的主导极点的实部配置在-0.5，求系统的闭环传递函数和系统的动态性 能（%,s t σ）。
K s 0()G s 0 K R(t) C(t) _ _ 图2 （a ） 1 ω=0j 2 0[] G 图2（b ） 图2 题2图 三、（25分） 单位负反馈控制系统开环对数频率特性曲线如图3所示， （1） 求系统的开环传递函数()G s ； （2） 求使系统稳定的开环增益范围； （3） 当k=2时，系统输入周期信号()3sin 2r t t = 的稳态输出。 图3 题3图 四、（25分） 已知控制系统结构如图4（a ）、()c G s 结构图4（b ）所示，其中
030 ()(3)(5) G s s s s = ++ （1） 画出校正前系统的开环对数幅频特性，并求相角裕度0()γω和()2r t t =作用下 的稳态误差； （2） 若将稳态精度提高10倍且保持原系统的相角裕度0()γω不变，设计校正装置参数K 、及校正网络（如图4（b ）所示）的R1和R2值，指出是何种校正； （3） 在半对数坐标图5上绘出校正网路和校正后系统的对数幅频特性。 ()c KG s 0() G s () R s () C s i u o u 10 1 R 2R （a ） (b) 图4题四图 210-110-0101102 10Frequency(rad/s) M a g n i t u d e (d B ) Bode Diagram 图5第四题 五、（25分） 离散系统的结构图如图6所示，采样周期T=1。其中0(z)G 的递推方程为 () 1.5(1)0.5(2)(1)c k c k c k u k =---+- （1） 求系统的闭环脉冲传递函数； （2） 求使系统稳定的K 值范围； （3） 求K=1时，系统在信号()0.5r t t =作用下的稳态误差。
控制系统的组成及框图
2控制系统的组成及框图 以上所列举的控制系统都属于简单控制系统，与其他任何的控制系统相同，这些控制系 统均由下列基本单元组成。 ①被控对象(也称被控过程) 是指被控制的生产设备或装置。针对以上三例，分别是 液罐、蒸汽加热器、气罐系统。 Q测量变送器用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号输出。依据电器标准的不同，常用的标准信号包括：0—10mA DC信号(DDZ二型仪表)、4—20mA DC信 号(DDZ三型仪表)、0.02 —O.IOMPa气动信号等。 ③执行器常用的是控制阀。它接受来自控制器的命令信号u,用于自动改变控制阀的 开度。如例1中，控制器通过改变出水阀门的开度以调节水量Q。，最终达到克服外部扰动 对被控变量h的影响。 ④控制器(也称调节器)它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号e (t), 并按一定的规律给出控制信号u (t),对于工业中常用的各类控制器，其输入输出信号大都 为标准的电流信号，如DDZ三型仪表的4 —20mA DC信号。 通常，用文字叙述的方法来描述控制系统的组成和工作原理较为复杂，而在过程控制实 践中常常采用直观的方框图来表示。如图 1.1.5为液体储罐液位控制对应的方框图，一般的 单回路控制系统的方框图可用如图 1.1.6所示的方框图来表示方框图中每一条线代表系统中 的一个信号，线上的箭头表示信号传递的方向；每个方块代表系统中的一个环节，它表示了其输入对其输出的影响。方框图可以把一个控制系统变量间的关系完整的表达出来。 3过程控制的术语 ④被控变量(Controlled Variable , CV)也称受控变量或过程变量 (Process Variable, PV)。他是指被控对象需要维持在其理想值的工艺变量，如上述各例中的夜罐液位、换热器工艺介质出口温度、罐内压力。在过程控制中常用的被控变量包括：温度、压力/差压、液位/料位、 流量、成分含量等实际物理量。有时，也可以用过程变量的检测电信号来表示被控变量，该 测量信号称为过程变量的测量值( Measurement)。 ④设定值(Setpoint, SP),也称给定值(Setpoint Value, SV)。它是指被控变量要求大大的期望值。作为控制器的参考输入信号，设定值在实际应用中通常用起对应的电量或相对百分比来表示，以便于与被控变量的测量值进行比较。 ④操作变量也称操纵变量(Manipulated Variable, MV)。通常是由执行器控制的某一工艺介质流量。操纵变量对被控变量的影响要求直接、灵敏、快速。以图 1.1.3所示的蒸汽加热器温度控制系统为例，其操作变量为蒸汽流量，它对被控变量(流体出口温度)的影响 方向为“正作用”，即：蒸汽量的增加，在其他条件不变的情况下均使流体出口温度增加；此外，由于蒸汽冷凝所放出的大量潜热，使操作变量对被控变量的作用非常灵敏。值得一提的是，很多文献对“操作变量”与“工作变量”不加区分。在过程控制领域，“控制变量”通常指控制器色输出电信号，即执行器的输入信号；而“操作变量”往往指某一执行器可控制、对被控变量有直接影响的物理量，最常见的是一些工艺介质流量。 ④扰动变量(Disturbanee Variable , DVs)也称干扰变量或简称扰动，是指任何导致被控变量偏离其设定值的输入变量，对于图 1.1.3所示的蒸汽加热器温度控制系统，其扰动变量 包括：蒸汽的阀前压力、工艺介质的进料流量、进料温度与组成等；同样，对于图 1.1.4所示的储罐压力控制系统，其扰动变量包括：控制阀前压力、出口压力、出口阀开度等。对于控制系统而言，扰动主要来源于扰动变量的动态变化。 1.1.3自动控制系统的分类 自动控制系统有多种分类方法，可以按被控变量来分类，如温度、压力、流量、液位等控制系
控制系统结构框架图
一．控制系统结构框架图 数据总线由用于RS-485通信的双绞线和一根数据发送允许控制线——使能控制线组成。示意图如下： 当某个PLC需向其他PLC发送数据时，首先判断I0.0是否为高电平，如果为高电平，说明总线处于空闲状态，那么首先将Q0.0输出口导通，把使能找到的电平拉去，如果判断 为低电平，则要一直要等到使能线上的电平为高时，才能发送数据，此种方法好处是每个单
元都可作为主站或从站，串口数据由固定顺序的4个字节组成（数据1、数据2、数据3、数据4） 主控板发送出的数据的含义 数据1：主控板标志设定为0xaa 数据2：电梯位于的楼层值 数据3：电梯的运行方向 数据4：电梯预到达的楼层 楼层单元板发送数据的含义 数据1：单元板标志设定为0x55 数据2：乘坐者位于的楼层 数据3：乘坐者预到的楼层 数据4：乘坐者坐电梯的方向，向上运行设定为0x66,向下运行设定为0x99 接受到数据后的运算处理： 主控板PLC接收完成一组数据，首先判断数据4的值，若为0x66，时将数据2和数据3的值保存在VB2—VB6的存储器中，方法是：如果数据等于（a）,则VB(a)=0×66，若为0×99，则将数据2和3的值保存在VB11—VB15. 楼层单元板PLC接收完一组数据后，要先判断数据1的值，若为0xaa说明是主控PLC发来的数据，则把数据2和数据3送给显示模块，判断数据4的值，点亮相对应的指示灯，若为0x55，则说明是楼层单元PLC发来的数据，则判断数据2和数据3的值，点亮相对应的指示灯。三．电梯运行状态的控制 电梯上点后，首先进行自检，包括厅门是否关闭，车厢门是否关闭，电梯是否为于正确的楼层位置，然后电梯自动运行到都正常的状态，（厅门关闭、车厢门关闭，读取到正常的楼层信息）静止下来，等待命令 电梯在静止状态时，接收到的楼层单元发来的信息，判断数据2的大小，如果小于电梯位于的楼层值，电梯向下运行，否则电梯向上运行，电梯在运行的状态下，实时接收各楼层单元发来的数据并进行相应的处理，向下运行时，不断检测VB11—VB15，存储器中的值，在到达对应的楼层时停靠，并清零对应的存储器的值，直至VB1为零，电梯暂停，系统开始判断VB2—VB6中是否有存储器的值为0x66，如果有时开始向上运行，到达相应的楼层。 电梯在上行状态下同样实时接收楼层单元发来的信息，把数据保存在VB2—VB6相对应的存储器中，并不断检测VB2—VB6中的值，电梯将在对应的楼层停靠并把对应的存储的主清零，直至VB6为零。 因为画图时，不知怎么画，浪费了许多时间。于是缩减了内容，描述得笼统，不易理解。以后再详说。
电机控制技术 3直流电动机转速负反馈单闭环调速的静态结构图及其变换
转速负反馈单闭环直流调速系统静态结构图及其变换 单闭环系统推导静特性方程的方法是很麻烦的，尤其当系统的结构比较复杂时，更是如此。但如果有了闭环系统的静态结构图，运用结构图运算的一般法则，将能很容易的推导出闭环系统的静态特性方程。静态结构图不仅能把系统中各组成部分的内在联系直观的表示出来，而且是对系统进行分析和计算的有效工具。转速负反馈系统的静态结构图，如图1.3所示。 用静态结构图求系统静特性方程的方法是：假设系统为线性系统，故可以用叠加法进行分析与计算。首先计算调速系统在给定输入信号单独作用下的静态输出响应，然后再计算负载扰动输入信号单独作用下的静态输出响应。将二者代数相加，即可得出闭环调速系统的静特性方程式。图1.4给出了只考虑结定信号gd U 作用时系统的静态结构图。根据结构图运算法则可求得 e fn v p e v p gd b C K K K C K K U n +=10 故有
()()K C U K K C K K K C U K K n e gd v p e fn v p e gd v p b +=+=110 （1.4） 式中 e fn v p C K K K K =——闭环系统开环放大倍数 图1.5给出了只考虑负载扰动信号作用时系统的静态结构图。 根据结构图的运算法则可求得()() K C R R I n e a n d b ++=-∆1 故有d e a n b I K C R R n ) 1(++-=∆ （1.5） 系统的输出量应为结定信号与负载扰动信号在系统输出端静态响应之和。应用叠加原理，将式(1.4)和式(1.5)相加，可以求得系统的静特性方程式为 d e a n e gd v p b b I K C R R K C U K K n n n ) 1()1(0++-+=∆+= （1.6） 式(1.3)与式(1.6)完全相同，应用此法求系统的静特性方程式是很方便的。 前面分析的是用比例调节器组成的闭环调速系统的特性，如果将调节器改成积分调节器或比例积分调节器系统的静特性将会有什么变化？请读者自己考虑，并写出解答。
控制系统的结构图
控制系统的结构图 当建立了系统传递函数的概念之后，就可以将其与方块图结合起来，进一步描述系统的动态性能与数学结构，从而产生了控制系统的结构图。 一、结构图的概念 控制系统的结构图是由具有一定函数关系的若干方框组成，按照系统中各环节之间的 联系，将各方框连接起来，并标明信号传递方向的一种图形。在结构图中，方框的一端为 相应环节的输入信号，另一端为输出信号，信号传递方向用箭头表示，方框中的函数关系 即为相应环节的传递函数。 结构图能简单明了地表达系统的组成、各环节的功能和信号的流向，它既是一种描述系统各元部件之间信号传递15uF 16V A关系的图形，也是系统数学模型结构的图解表示，更是求取复 杂系统传递函数的有效工具。 二、结构图的组成 控制系统的结构图一般由四种基本单元组成 1．伯号线 通常也称为结构图的四要素 信号线是带有箭头的直线。其中，箭头表示信号的流向，信号的时间函数或象函数(即 拉氏变换)标记在直线夯，如图2．21(a)所示。故，信号线标志系统的变量。 2．引出点 引出点又称为分支点或测量点，它把信号分两路或多路输出，表示信号引出或测量的 位置，如图2．21〔b)所示。同一位置引出的信号大小和性质完全一样。 3．比较点
比较点又称为综合点或相加点，是对两个或两个以上的信号进行加减(比较)的运算。 “十”表示相加，“一”表示相减，“十”号可省略不写，如图2．21(c)所示。注意：进行相加减 的量，必须具有相同的物理量纲。 4．方框 方框表示元件TAJA156M016RNJ或环节输入量与输出量之间的函数关系 函数，如图2．21(d)所示。且有 方框中写上元件或环节的传递 2．4．3 结构图的绘制 绘制结构图的一般步骤如下： (1)分别列写组成系统各元件的拉氏变换方程，在有些情况下，可先列写微分方程，再在零韧始条件下钽电容进行拉氏变换； (2)用构成结构图的基本要素表征每个方程，即画出相应的结构单元； (3)按照各元件的信号流向，将各结构单元首尾相连，并闭合图形．即可得到系统的结构图。cjmc%ddz
状态反馈控制系统的设计与实现
控制工程学院课程实验报告: 现代控制理论课程实验报告 实验题目：状态反馈控制系统的设计与实现 班级自动化（工控）姓名曾晓波学号2009021178 日期2013-1—6 一、实验目的及内容 实验目的: (1 ）掌握极点配置定理及状态反馈控制系统的设计方法； （2 ）比较输出反馈与状态反馈的优缺点; （3 ）训练Matlab程序设计能力。 实验内容： (1 )针对一个二阶系统,分别设计输出反馈和状态反馈控制器； （2 ）分别测出两种情况下系统的阶跃响应； （3 )对实验结果进行对比分析。 二、实验设备 装有MATLAB的PC机一台 三、实验原理 一个控制系统的性能是否满足要求，要通过解的特征来评价，也就是说当传递函数是有理函数时,它的全部信息几乎都集中表现为它的极点、零点及传递函数。因此若被控系统完全能控，则可以通过状态反馈任意配置极点,使被控系统达到期望的时域性能指标。
闭环系统性能与闭环极点(特征值）密切相关，在状态空间的分析和综合中，除了利用输出反馈以外，主要利用状态反馈来配置极点,它能提供更多的校正信息. (一) 利用状态反馈任意配置闭环极点的充要条件是：受控系统可控。 设SIMO （Single Input —Multi Output ）受控系统的动态方程为 状态向量x 通过状态反馈矩阵k ，负反馈至系统参考输入v ，于是有 这样便构成了状态反馈系统，其结构图如图1-1所示 图1—1 SIMO 状态反馈系统结构图 状态反馈系统动态方程为 闭环系统特征多项式为 ()()f I A bk λλ=-+ （1—2) x b v u 1s C A k -y x
实验七+DCS控制实验系统的认识
实验七 DCS控制实验系统的认识 一、MACS DCS控制系统简介 MACS是和利时公司集多年的开发、工程经验设计的大型综合控制系统。该系统采用了目前世界上先进的现场总线技术(ProfiBus-DP总线)，对控制系统实现计算机监控，具有可靠性高，适用性强等优点，是一个完善、经济、可靠的控制系统。 1.1 MACS DCS简介 MACS系统的体系结构如图7.1所示。 图7.1 MACS系统的体系结构 和利时DCS系统FM系列硬件说明 系统中DCS的硬件组成：主要由工程师站、操作员站、主控、端子模块和通讯网络组成。
1、工程师站 工程师站是配有系统组态软件的计算机，工程师站能够对应用系统进行功能组态，包括操作员站组态和控制器组态，并进行在线下装和在线调试，是工程师对工程实施各种控制策略和人机交互方式的工作平台。 2、操作员站 操作员站是配有实时监控软件和各种可配置的人机接口设备的计算机，完成对生产过程和现场参数的实时监视与操作。操作员站可全面完成对现场工艺状况的显示、报警、打印、历史数据记录和再现及报表等功能。 工程师站和操作员站均运行在基于Windows NT/2000构架的PC平台之上。 3、主控单元 冗余主控模块是整个FM系列硬件系统的控制单元，采用双机冗余配置，内部具有硬件构成的冗余切换电路和故障自检电路，是实施各种控制策略的平台，也是系统网络和控制网络之间的枢纽。本实验室组网模式为一台主控控制天煌设备，另一台控制华晟7套设备，上层工业以太网组网连接，在各个操作员界面控制，更多的利用了主控。 4、I/O单元 FM系列硬件系统的智能I/O单元由置于主控机柜的I/O模块及对应端子模块共同构成，I/O模块与对应端子模块通过预制电缆连接，用于完成现场数据的采集、处理与驱动，实现现场数据的数字化。每个I/O单元通过PROFIBUS-DP现场总线与主控单元建立通讯。 主控模块和I/O模块均支持带电热插拔功能。
(整理)电动车控制系统组成简图
电动车控制系统组成简图 电动车控制系统由整车能源分配与管理系统，行驶控制系统和辅助控制等系统组成。
1.整车能源分配与控制管理系统 整车能源分配与控制管理系统由动力电池组、电池管理系统（BMS）、放电和充电等接口及其控制所构成。为了获得最大的续驶里程及首务安全功能，能源分配与管理系统必须根据电动车实际行驶工况及电池组的SOC等参数，合理、高效的分配有限的能量，使得安全、高效行驶的同时最大程度延长电动车一次充电续驶里程。 2. 车辆行驶控制系统 车辆行驶控制系统由整车行驶控制器、电机驱动控制系统、能量回收系统、变速箱控制系统及辅助控制系统等通过总线系统连接组成。 2.1 整车行驶控制器 1）车辆行驶控制功能 纯电动汽车的动力电机必须按照驾乘人员意图输出驱动或制动扭矩。当驾驶员踩下加速踏板或制动踏板，动力电机要输出一定的驱动转矩或再生制动转矩。踏板开度越大，动力电机的输出扭矩越大。因此，车辆控制器要接收踏板信号并将其转换为对动力电机的扭矩输出要求。这一功能是整车控制器的基本功能。 2) 车辆多主扁平的can Bus 控制管理 在电动汽车中以CAN总线的应用理所应当。整车控制
器是电动汽车众多控制器中的一个，是CAN总线中的一个节点。整车采用多主扁平的can Bus 控制管理, 负责信息的组织与传输，网络状态的监控，网络节点的管理以及网络故障的诊断与处理。各传感器采集到的数据由A/D转换器转换成数字信号传递给整车控制器;还有一些开关量信号如启动、停止等开关以及档位切换开关等信号也都传递给控制器。控制器通过CAN总线实现指令的下达以及各模块间信息的共享等功能。 2.2 电机驱动控制系统 电机驱动控制系统包含大功率交流异步电机控制器 和功率逆变器以及电机本身，完成电动车正常行驶工况下的驱动控制任务,是电动车运动的核心问题所在。 2.3 能量回收系统 能量回收系统主要是将汽车制动时的机械能转化为电能存储到电池组，实现制动能量的回收。 2.4 变速箱控制系统 系统中采用了智能变速箱，智能变速箱由两部分组成：即减速和升速两个功能，正常行驶时作为减速器，提高电动车驱动系统的牵引驱动性能。在制动时切换到升速模式，在更宽的速度范围内进行制动能量回收，提高能量回收效率。变速箱控制器配合一体化电机的切换过程，在毫秒量级实现
已知一控制系统结构图如图5-61所示
第五章 例5-1 已知一控制系统结构图如图5-61所示，当输入r (t ) = 2sin t 时，测得输出c (t )=4sin(t -45︒)，试确定系统的参数ξ ，ωn 。 解 系统闭环传递函数为 22 2 2)(n n n s s s ω ξωωφ++= 系统幅频特性为 2 22 2 222 4) ()(ω ωξωω ωωφn n n j +-= 相频特性为 2 22arctan )(ω ωω ξωωϕ--=n n 由题设条件知 c (t ) = 4sin( t -45︒) =2 A (1) sin(t + ϕ(1)) 即 1 2 22 2 2 22 4)()1(=+-= ωω ωξωω ωn n n A 24) 1(22 2 22 =+-= n n n ω ξω ω 1 2 22arctan )1(=--=ωω ω ω ξωϕn n ︒-=--=451 2arctan 2n n ω ξω 整理得 ]4)1[(42 2 2 2 4 n n n ωξωω+-= 122 -=n n ωξω 解得 ωn = 1.244 ξ = 0.22 例5-21 系统的传递函数为 ) 1)(1()(212 ++= s T s T s k s G
试绘制系统概略幅相特性曲线。 解 (1) 组成系统的环节为两个积分环节、两个惯性环节和比例环节。 (2) 确定起点和终点 ) 1)(1()()1()(2 222212212 21ωωωω ωωT T T T jk T T k j G ++++--= -∞=→)]([lim 0 ωωj G R e ∞=→)]([lim 0 ωωj G I m 由于R e [G (j ω)]趋于-∞的速度快，故初始相角为-180︒。终点为 0)(lim =∞ →ωωj G ︒-=∠∞ →360)(lim ωωj G (3) 求幅相曲线与负实轴的交点 由G (j ω)的表达式知，ω 为有限值时， I m [G (j ω)] > 0，故幅相曲线与负实轴无交点。 (4) 组成系统的环节都为最小相位环节， 并且无零点，故ϕ(ω)单调地从-180︒递减至 -360︒。作系统的概略幅相特性曲线如图5-62所示。 例5-22 已知系统传递函数为 ) 5.0)(2()52(10)(2 -++-= s s s s s G 试绘制系统的概略幅相特性曲线。 解 (1) 传递函数按典型环节分解 ) 15 .0)(12( ) 1)5( 51251( 50)(2 +- ++--= s s s s s G (2) 计算起点和终点 50)(lim 0 -=→ωωj G 10)(lim =∞ →ωωj G 相角变化范围 不稳定比例环节-50：-180︒ ~ -180︒ 惯性环节1/(0.2s +1)：0︒~ -90︒ 不稳定惯性环节1/(-2s +1)：0︒~ +90︒ 不稳定二阶微分环节0.2s 2-0.4s +1：0︒~ -180︒ (3) 计算与实轴的交点 2 2 2 2 2 ) 5.1()1() 5.11)(25(10)(ωωωω ωω ω++-----= j j j G
控制系统的基本概念
1 控制系统的基本概念 主要学习内容： （1）控制任务，被控制对象、输入量、输出量、扰动量。 （2）开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念。 （3）控制系统的组成、基本环节及对控制系统的基本要求。 被控制对象或对象──我们称这些需要控制的工作机器、装备为被控制对象或对象。 输出量（被控制量）──将表征这些机器装备工作状态需要加以控制的物理参量，称为被控制量（输出量）。 输入量（控制量）──将要求这些机器装备工作状态应保持的数值，或者说，为了保证对象的行为达到所要求的目标，而输入的量，称为输入量（控制量） 扰动量──使输出量偏离所要求的目标，或者说妨碍达到目标，所作用的物理量称为扰动量。 控制的任务实际上就是形成控制作用的规律，使不管是否存在扰动，均能使被控制对象的输出量满足给定值的要求。 开环控制系统 只有给定量影响输出量（被控制量），被控制量只能受控于控制量，而被控制量不能反过来影响控制量的控制系统称为开环控制。 开环控制系统可以用结构示意图表示，如图所示。 图开环控制结构图 闭环控制系统 为了实现闭环控制，必须对输出量进行测量，并将测量的结果反馈到输入端与输入量相减得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除偏差。因此，整个控制系统形成一个闭合环路。我们把输出量直接或间接地反馈到输入端，形成闭环,参与控制的系统，称作闭环控制系统。由于系统是根据负反馈原理按偏差进行控制的，也叫作反馈控制系统或偏差控制系统。 闭环控制系统中各元件的作用和信号的流通情况，可用结构图表示。
图闭环系统结构图 归纳一下开环与闭环控制系统各自的特点如下： （1）开环控制系统中，只有输入量对输出量产生控制作用；从控制结构上来看，只有从输入端到输出端的信号传递通道（该通道称为前向通道），控制系统简单，实现容易。 闭环控制系统中除前向通道外，还必须有从输出端到输入端的信号传递通道，使输出信号也参与控制，该通道称为反馈通道。闭环控制系统就是由前向通道和反馈通道组成的， 控制系统结构复杂。 （2）闭环控制系统能抑制内部和外部各种形式的干扰，对干扰不甚敏感。因此，可采用不太精密和成本较低的元件来构成控制精度较高的系统。 开环控制系统的控制精度，完全由采用高精度元件和有效的抗干扰措施来保证。 （3）对闭环控制系统来说，系统的稳定性，始终是一个首要问题。稳定是闭环控制系统正常工作必要条件。对于开环控制系统，或者不存在不稳定问题，或者容易解决。 例题： (1) 什么叫反馈？什么是负反馈？ 答：把系统输出全部或部分地返回到输入端，就叫做反馈。把输出量反馈到系统的输入端与输入量相减称为负反馈。 (2) 什么样系统叫开环控制系统？举例说明。 答：若系统的输出量对系统没有控制作用，即系统没有反馈回路时，则该控制系统称为开环控制系统。如自动售货机，自动洗衣机，步进电机控制刀架进给机构等。 (3) 什么叫闭环控制系统？举例说明之。 答：当系统的输出量对系统有控制作用时，即系统存在着负反馈回路称为闭环控制系统，例如：人手在抓取物件时的动作。机器人手臂运动控制，火炮跟踪目标的运动，导弹飞行运 动控制等等。 自动控制系统的类型 自动控制系统的种类繁多，很难确切地对自动控制系统进行分类。现在将经常讨论的几种自动控制系统的类型概括如下： 1．线性系统和非线性系统 按组成自动控制系统主要元件的特性方程式的性质，可以分为线性控制系统和非线性控制系统。 线性系统是由线性元件组成的系统，系统的运动方程式可用线性微分方程式或线性差分方程式来描述的系统称为线性系统。 线性系统主要特点是具有迭加性和齐次性。就是说对于线性控制系统，几个输入信号同时作用在系统上所引起的输出等于各自输入时，系统输出之和。 如果微分方程式或差分方程式的系数，不随时间的变化而变化即是常数，则称这类系统为线性定常系统，或称为常参数系统。 如果线性微分方程式或差分方程式的系数，随时间的变化而变化则称这类系统为线性时变系统。 1．非线性系统是由非线性微分方程式来描述的系统称非线性系统。在自动控制系统中，若有一个元件是非线性的，这个系统就是非线性系统。 2． 2. 连续系统和离散系统
数控系统的软硬件结构_图文(精)
第五章数控系统的软硬件结构 §5.1概述 以上各章从数控系统如何处理输入的零件加工程序出发,阐述了数控系统的工 作原理。在本章,我们讨论构成数控系统的软硬件都有那些特点,它是如何实现以上所述的功能。本质上, 数控系统是一种位置控制系统, 它是根据输入的数据段插补 出理想的运动轨迹, 然后输出到执行部件,加工出所需的零件。数控系统是由软件和硬件两大部分组成,其核心是数控装置。数控系统 (Computer Neumerical Control – 简称 CNC 系统硬件一般包括一下几个部分:中央处理器(CPU 、存储器 (ROM/RAM 、输入输出设备(I/O 、操作面板、显示器和键盘、纸带阅读机、可编程逻辑控制器等。 图5-1 CNC系统的结构框图图 5-1 CNC系统的硬件结构框图 图 5-1所示为整个 CNC 系统的结构框图。数控系统主要是指图 5 -1中的 CNC 控制器, CNC 控制器由计算机硬件、系统软件和相应的 I/O接口、可编程逻辑控制器构成。前者处理机床的轨迹运动的数字控制, 后者处理开 关量的逻辑控制, 如主轴的启停、冷却液的开、关、刀具的更换等。 从计算机实时操作系统的角度来看, CNC 系统是一种典型的多任务强实时系统, 所使用的实时控制也是比较成熟的。在 CNC 操作系统中,我们把具体完成某项作 业任务的程序称为实时处理程序,即操作系统所指的用户程序。这些程序负责完成诸如译码、轨迹计算、速度计算、插补等任务。而负责对这些程序进行实时监控
管理服务的程序称为实时系统程序。这些程序包括中断管理、监控、内存管理等程序等。整个 CNC 系统就是由这些实时处理程序(用户程序和实时系统程序(中断服务程序共同组成了 CNC 实时操作系统。用户的零件加工程序是以数据段为单位编制的。一个数据段就是一个作业。每个作业都是由一系列任务组成。在系统程序的调度管理下,实时处理程序执行系统赋予的这些任务, 经过装入—→ 编译——→ 预处理——→ 插补——→ 输出这样的运行过程, 完成一个作业。而一次加工是由 N 个类似的作业构成的。完成一个加工就需要 N 次这样的作业循环。我们可以把它分为如图几步。 图5-2 框图图 5-2 CNC的零件程序作业框图 §5.2 CNC系统的硬件结构 CNC 装置是在硬件和软件的有机结合下来完成控制任务的。其控制功能在相当程度上取决于硬件的结构。当初期的控制功能和精度要求不是很高时,多采用单微处理器结构。现在中高档 CNC 装置,大部分采用的是多微处理器结构。 一.单微处理器的 CNC 结构 单微处理器结构,由于只有一个 CPU 的控制,功能受字长、数据宽度、寻址能力和运算能力的限制, 因此多采用集中控制, 分时处理的方式。这种 CNC 硬件是由CPU 通过总线与存储器、 I/O控制元件等各种接口电路相连的专用计算机,它还包括控制单元,如主轴控制单元、速度单元等, 由它们共同构成了 CNC 的硬件。如图 5-3为一单 CPU 的 CNC 系统的硬件框图。
电力传动控制系统_运动控制系统[习题解答]
电力传动控制系统——运动控制系统 （习题解答） 第1章电力传动控制系统的基本结构与组成 (1) 第2章电力传动系统的模型 (13) 第3章直流传动控制系统 (18) 第4章交流传动控制系统 (30) 第5章电力传动控制系统的分析与设计* (38)
第1章电力传动控制系统的基本结构与组成 1. 根据电力传动控制系统的基本结构，简述电力传动控制系统的基本原理和共性问题。 答：电力传动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种传动方式，由于电力传输和变换的便利，使电力传动成为现代生产机械的主要动力装置。电力传动控制系统的基本结构如图1-1所示，一般由电源、变流器、电动机、控制器、传感器和生产机械（负载）组成。 图1-1 电力传动控制系统的基本结构 电力传动控制系统的基本工作原理是，根据输入的控制指令（比如：速度或位置指令），与传感器采集的系统检测信号（速度、位置、电流和电压等），经过一定的处理给出相应的反馈控制信号，控制器按一定的控制算法或策略输出相应的控制信号，控制变流器改变输入到电动机的电源电压、频率等，使电动机改变转速或位置，再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要求运动，故又称为运动控制系统。 虽然电力传动控制系统种类繁多，但根据图1-1所示的系统基本结构，可以归纳出研发或应用电力传动控制系统所需解决的共性问题： 1）电动机的选择。电力传动系统能否经济可靠地运行，正确选择驱动生产机械运动的电动机至关重要。应根据生产工艺和设备对驱动的要求，选择合适的电动机的种类及额定参数、绝缘等级等，然后通过分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的校验。 2）变流技术研究。电动机的控制是通过改变其供电电源来实现的，如直流电动机的正反转控制需要改变其电枢电压或励磁电压的方向，而调速需要改变电枢电压或励磁电流的大小；交流电动机的调速需要改变其电源的电压和频率等，因此，变流技术是实现电力传动系统的核心技术之一。 3）系统的状态检测方法。状态检测是构成系统反馈的关键，根据反馈控制原理，需要实时检测电力传动控制系统的各种状态，如电压、电流、频率、相位、磁链、转矩、转速或位置等。因此，研究系统状态检测和观测方法是提高其控制