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级联、串联、并联求传递函数的方框图和状态方程

2024-07-03 21:38| 来源: 网络整理| 查看: 265

目录

一、基础知识

1.传递函数

2.状态方程

二、方法论

1.级联法

2.串联法

3.并联法

三、画系统框图,求状态方程

1.传递函数

2.级联法画系统框图,求状态方程

3.串联法画系统框图,求状态方程

4.并联法画系统框图,求状态方程

一、基础知识 1.传递函数

传递函数是指零初始条件下线性系统响应(即输出)量的拉普拉斯变换(或z变换)与激励(即输入)量的拉普拉斯变换之比。记作G(s)=Y(s) / U(s),其中Y(s)、U(s)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换。

2.状态方程

I/O方程——状态方程。状态方程式刻画系统输入和状态关系的表达式。

如连续线性时变控制系统:

\left\{\begin{matrix}\dot{x}=A(t)x+B(t)u\\ y=C(t)x \end{matrix}\right.

二、方法论 1.级联法

(1) 将传递函数G(s)化为信号流程图

(2) 写状态变量图

(3) 写状态方程和输出方程

2.串联法

串联法从G(s)求状态方程

G(s)=\frac{Y(s)}{U(s)}=\left (\frac{s-z_{1}}{s-\lambda _{1}} \right )\left (\frac{s-z_{2}}{s-\lambda _{2}} \right )\cdots \left (\frac{s-z_{n-1}}{s-\lambda _{n-1}} \right )\left (\frac{1}{s-\lambda _{n}} \right )

3.并联法

G(s)=\frac{Y(s)}{U(s)}=\left (\frac{k_{1}}{s-\lambda _{1}} \right )\left (\frac{k_{2}}{s-\lambda _{2}} \right )\ \cdots \left (\frac{k_{n}}{s-\lambda _{n}} \right )

三、画系统框图,求状态方程 1.传递函数

示例所用传递函数如下:

G(s)=\frac{2s+6}{s^{3}+7s^{2}+14s+8}=\frac{s+3}{s+1}\cdot \frac{2}{s+2}\cdot \frac{1}{s+4}=\frac{4/3}{s+1}-\frac{1}{s+2}-\frac{1/3}{s+4}

2.级联法画系统框图,求状态方程

传递函数:

G(s)=\frac{2s+6}{s^{3}+7s^{2}+14s+8}=\frac{\frac{2}{s^{2}}+\frac{6}{s^{3}}}{1+\frac{7}{s}+\frac{14}{s^{2}}+\frac{8}{s^{3}}}

传函方框图:

状态方程:

\begin{cases} x_{1}^{'}=u-7x_{1}-14x_{2}-8x_{3}\\ x_{2}^{'}=x_{1}\\ x_{3}^{'}=x_{2}\\ y=2x_{2}+6x_{3} \end{cases}

3.串联法画系统框图,求状态方程

传递函数:

G(s)=\frac{s+3}{s+1}\cdot \frac{2}{s+2}\cdot \frac{1}{s+4}

传函方框图:

 状态方程:

\begin{cases} x_{1}^{'}=u-x_{1}\\ x_{2}^{'}=x_{1}^{'}+3x_{1}-2x_{2}=u-x_{1}+3x_{1}-2x_{2}\\ x_{3}^{'}=2x_{2}-4x_{3}\\ y=x_{3} \end{cases}

4.并联法画系统框图,求状态方程

传递函数:

G(s)=\frac{4/3}{s+1}-\frac{1}{s+2}-\frac{1/3}{s+4}

传函方框图:

  状态方程:

\begin{cases} x_{1}^{'}=u-x_{1}\\ x_{2}^{'}=u-2x_{2}\\ x_{3}^{'}=u-4x_{3}\\ y=\frac{4}{3}x_{1}-x_{2}-\frac{1}{3}x_{3} \end{cases}

本篇内容就是这些,下一章用仿真程序计算传递函数的结果……



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