控制工程中的数学建模(5)——典型环节的数学模型(之一)

自动控制系统是由各种元器件相互连接组成的,它们一般是机械的、电子的、液压的、光学的或其他类型的装置。在实际问题分析中,将各功能不同的元部件抽象化,用其传递函数代替。传递函数即为这些元部件在控制系统中的数学模型。

建模方法:
①明确输入量和输出量;
②写出从输入量到输出量的物理关系式;
③拉氏变换。

⑴比例环节——电位器

电位器的作用是把位移变换成电压信号,在控制系统中常用作位移传感器,如LVDT、编码器(通过电压脉冲计数确定位移)等都属于此类装置。电位器如下图所示:

空载时,电位器的电刷角位移 与输出电压 关系曲线如下图所示:

近似看成线性,得到物理方程:

K1 ——电位器传递系数,为单位角位移对应的输出电压。

方程拉氏变换

传递函数

传递函数为一个常量,只取决于电位器本身的物理性质,用方框图表示

这就是一个比例环节。

在使用这类装置时,要考虑负载效应,因为电位器本身有内阻,当负载阻抗较小时,其内阻分压会对输出电压产生明显影响。为避免这种不良影响,要求负载阻抗要远大于电位器内阻(10倍以上),常用的做法是在后面带上运放电路 ,利用运放的高输入阻抗特性(虚断),消除负载效应。

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