系统的结构图是描述系统各组成元部件之间信号传递关系的数学图形。在系统方框图中将方框对应的元部件名称换成其相应的传递函数,并将环节的输入、输出量改用拉普拉斯变换表示后,就转换成了相应的系统结构图。

结构图不仅能清楚地表明系统的组成和信号的传递方向,而且能清楚地表示系统信号传递过程中的数学关系。它是一种图形化的系统数学模型,在控制理论中应用很广。

结构图包含四个基本单元:

① 信号线:带有箭头的直线,箭头表示信号传递方向,直线上面或者旁边标注所传递信号的时间函数或象函数,如图2-18(a)所示。

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图2-18 结构图的基本组成单元

② 引出点(测量点):引出或者测量信号的位置。从同一信号线上引出的信号在数值和性质上完全相同,如图2-18(b)所示。这里的信号引出与测量信号一样,不影响原信号,所以也称为测量点。

③ 比较点(综合点):对两个或者两个以上的信号进行代数运算,如图2-18(c)所示,“+”表示相加,“-”表示相减,“+”可以省略不写。比较点可以有多个输入信号,但一般只画一个输出信号,若需要几个输出,通常加引出点。

④ 方框:表示对输入信号进行的数学变换。对于线性定常系统或元件,通常在方框中写入其传递函数或者频率特性。系统输出的象函数等于输入的象函数乘以方框中的传递函数或者频率特性,如图2-18(d)所示。

结构图也可以表示非线性系统和离散系统。对于非线性系统,方框表示非线性环节,方框中的内容可以是非线性特性的数学表达式、输入-输出关系图,或者是后面要介绍的描述函数。对于离散系统,方框中是传递函数,并且结构图中还包含采样开关等环节。后面将详细介绍这些内容。