《(7.4.1)--课件-7-4-系统结构.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(7.4.1)--课件-7-4-系统结构.pdf（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、7.4 系统结构系统结构信号与系统分析信号与系统分析主要内容01直接实现02级联实现7.4 7.4 系统结构系统结构03并联实现7.4 7.4 系统结构系统结构同一个系统函数，同一个系统函数，H(s)或或 H(z)可以有多种实现方法，常可以有多种实现方法，常用的有用的有直接形式直接形式、级联形式级联形式、并联形式并联形式等。连续系统和离散等。连续系统和离散系统实现方法相同，这里一并讨论。系统实现方法相同，这里一并讨论。为了对信号进行处理，必须构造出合适的实际结构，也就为了对信号进行处理，必须构造出合适的实际结构，也就是说，需要构造是说，需要构造系统模拟系统模拟：实际系统实际系统方程方程模拟框图
2、模拟框图模拟实现模拟实现指导实际系统设计指导实际系统设计梅森（梅森（Mason）公式公式:由流图由流图 H(s)或或H(z)反用梅森公式：反用梅森公式：H H(s)(s)或或H H(z)(z)流图或方框图流图或方框图H(s)或或 H(z)的硬件实现结构或软件运算结构。的硬件实现结构或软件运算结构。7.4 7.4 系统结构系统结构复习复习：Mason公式？所有回路都相互接触？所有回路都相互接触Ljj是不同回路的增益之和。是不同回路的增益之和。特征行列式：特征行列式：1,LLLLL Ljjm nm np q rp q r =+（2）pi是由源点到汇点的第是由源点到汇点的第i条前向通路增益；条前向通
3、路增益；i是是与第与第 i 条向前通路不相接触的条向前通路不相接触的子图子图的特征行列式的特征行列式。？各回路和所有前向通路都相互接触，？各回路和所有前向通路都相互接触，i=1 （1）1Hpiii=（4）特征行列式特征行列式=1-Ljj（3）计算系统函数计算系统函数H一、直接实现一、直接实现-利用利用MasonMason公式来实现公式来实现分子中分子中每项每项对应一条对应一条前向通路前向通路分母中，除分母中，除1之外，之外，其余每项看成一个回路其余每项看成一个回路。画流图时，画流图时，所有前向通路与全部回路所有前向通路与全部回路均均相接触相接触。所有回路均相接触。所有回路均相接触。先以先以二阶
4、系统为例二阶系统为例。=1-Ljj=+H sb sbsbsa sa()2210210将分子分母同乘以将分子分母同乘以，上式可写为，上式可写为s2由由H()流图流图的基本思路：的基本思路：根据式根据式(3)、(4)整理整理 H()设二阶连续系统的系统函数为：设二阶连续系统的系统函数为：一、直接实现一、直接实现(1)分母中括号内表示分母中括号内表示两条相互接触的回路两条相互接触的回路，(2)分子表示分子表示三条前向通路三条前向通路，H sbbsb sa sa sbbsb sa sa s=+=+211021102211021102()11()（5）F(s)1a0s1b2b1b0a1s1Y(s)as1
5、1a s02增益分别为增益分别为和和；b2bs11b s02其增益分别为其增益分别为、和和，并且并且与与全部回路全部回路均均相接触相接触。(a)Y(s)F(s)1a0a1s1s1b2b1b0(b)F(s)Y(s)+-b1b0a0a1s1s1b2b2+b1a0a1s1s1()+-b0F s)Y+s(d)根据根据前向通路和回路前向通路和回路接触位置的不同，得到如图接触位置的不同，得到如图1(a)和和(c)的的两种信号流图，两种信号流图，一、直接实现一、直接实现(c)1Y s)F sa1s1s1()a0(b2b1b0图图1 二阶系统的两种信号流图二阶系统的两种信号流图系系统统不不变变传输方向反转传输
6、方向反转源点汇点对调源点汇点对调流流图图转转置置其相应的其相应的s域框图如图域框图如图1(b)和和(d)。高阶系统：高阶系统：()011111221 =+H sb sb sbsbsa sa sasammmmnnnnn一、直接实现一、直接实现根据梅森公式，根据梅森公式，分母分母可看做是可看做是特征行列式特征行列式，共有，共有n个回路个回路，分子分子表示表示m条前向通路条前向通路，所有的前向通路和回路均接触，所有回，所有的前向通路和回路均接触，所有回路均相互接触。路均相互接触。由由H(s)H(s)流图流图的方法与的方法与二阶系统二阶系统类似。类似。m n()101111112211=+H sb s
7、b sbsb sa sa sasa sm nmnmnmnnnnn整理为整理为（6）解：解：分子分母同除以分子分母同除以s3，得，得一、直接实现一、直接实现根据梅森公式，画出信号流图。分母表示有根据梅森公式，画出信号流图。分母表示有三条相互接触三条相互接触的回路；的回路；分子表示有分子表示有两条前向通路两条前向通路，并且，并且全部全部与与回路接触回路接触。例例1 已知某连续系统的系统函数已知某连续系统的系统函数H ssssss=+23123()241(353)图图2 例例1 的信号流图的信号流图s1Y(s)F(s)1s1s12-54-3-3注意：转置后可得到该注意：转置后可得到该系统另一种信号流
8、图系统另一种信号流图。用直接形式模拟此系统，并画出系统的信号流图。用直接形式模拟此系统，并画出系统的信号流图。H sssss=+32()24353，=H zH z HzH zH zilil()()()()()112 zl()z()2 z()1Y z()F z()二、级联实现二、级联实现子系统用子系统用直接形式直接形式实现，实现，iiiHzb za z=+()110101（7）iiiiiHzb zb za za z=+()1111021102（8）级联：级联：将将H()分解为分解为几个较为几个较为简单的简单的子子系统函数的乘积，即系统函数的乘积，即通常选用通常选用一一阶阶和二阶和二阶系统函数系统
9、函数，分别称为一阶节分别称为一阶节、二阶节。二阶节。二、级联实现二、级联实现图图3 一阶和二阶子系统的信号流图一阶和二阶子系统的信号流图Y(z)F(z)1a1b1b0(a)Y(z)F(z)1a0a1b2b1b0(b)特点：特点：级联结构简单，调试方便，改变子系统的零点或级联结构简单，调试方便，改变子系统的零点或极点位置，对其余子系统的零极点位置没有影响。极点位置，对其余子系统的零极点位置没有影响。的零点构成一阶节或二阶节的分子，极点构成其分母。的零点构成一阶节或二阶节的分子，极点构成其分母。H z()一阶节和二阶节的系数必须是一阶节和二阶节的系数必须是实数。实数。的共轭复数极点的共轭复数极点只
10、能构成只能构成二阶节的分母二阶节的分母，共轭复数零点只能构成，共轭复数零点只能构成二阶节的分子。二阶节的分子。H z()例例2：用级联形式模拟实现某用级联形式模拟实现某连续系统连续系统二、级联实现二、级联实现解：分母多项式分解解：分母多项式分解图图4 级联实现级联实现-1s12(a)s1s1-22(b)-1s12s1s1-22(c)子系统级联子系统级联ssssss+=+322353(1)(23)=+=H sssssH s Hs212()2(2)(1)(23)()()H ssss=+=+()2121111Hssssssss=+=+()22321 23221212H sssss=+32()2435
11、3一阶节一阶节二阶节二阶节并联：并联：特点：特点：并联结构简单，调整系统极点位置较为方便，但是调整并联结构简单，调整系统极点位置较为方便，但是调整系统的零点位置系统的零点位置不方便。不方便。zl()z()2 z()1Y z()F z()+将将H()分解为几个较为简单的子系统函数之和，通常分解为几个较为简单的子系统函数之和，通常展开成展开成部分分式部分分式之和之和，对对每个分式分别进行模拟，然后并联起来。每个分式分别进行模拟，然后并联起来。三、并联实现三、并联实现=+=H zH zH zH zl()()()()12()1H ziil=三、并联实现三、并联实现解：部分分式法解：部分分式法-1s11s1s1-21-1图图5 并联实现并联实现例例3：用并联形式模拟实现例用并联形式模拟实现例2的的连续系统连续系统ssss=+211123H sssss=+32()24353注意：以上关于系统直接实现注意：以上关于系统直接实现、级联级联实现和并联实现的讨论，对连续和离实现和并联实现的讨论，对连续和离散系统都适用。散系统都适用。H ssss=+=+()111111一阶节：一阶节：Hssssssss=+=+()-123-1 23221212二阶节：二阶节：