在控制工程中，控制系统的分析与设计通常采用图形表示法，以方框图与信号流图作为主要方式。方框图将系统各元件的功能与相互联系以直观的图形表示，实质上融合了系统原理与传递函数。

构成方框图的基本元素包括：信号线、比较点、传递环节的方框和引出点。信号线以箭头表示信号流向，箭头旁标记信号的函数；比较点用于多个输入信号的加减比较；引出点表示信号测量或引出位置。方框图元素如输入信号和输出信号等，明确指示信号的流动与转换。

系统方框图的绘制，需考虑系统的工作原理与信号传递，通过连接各方块，构建系统方框图。此图也是系统数学模型的体现。通过列出系统各元部件的微分方程或传递函数，利用信号线将方块连接，即可得到系统方框图。系统包含反馈结构时，称之为闭环控制系统。

闭环控制系统包括输入信号和扰动信号，两者通过建立微分方程模型进行分析。通过简化反馈控制系统结构图，可求取传递函数。闭环传递函数、开环传递函数、反馈回路传递函数及误差传递函数等基本概念，以及输出对扰动的传递函数和误差对扰动的传递函数，是系统分析中的关键。

闭环控制系统的特征方程，是系统闭环传递函数的分母多项式，系统极点由该多项式的根决定。闭环系统的稳定性取决于极点位置。

系统环节的连接形式包括串联、并联和反馈三种基本方式。串联环节的传递函数为各环节传递函数的乘积；并联环节的传递函数为各环节传递函数的代数和；反馈环节则涉及正反馈与负反馈的概念。反馈系统通过比较点与引出点的前后移动，进行方框图的变换与简化。

方框图的变换遵循等效原则，变换前后的输入输出关系保持不变。通过化简结构图，可求解系统闭环传递函数。简化过程应遵循特定规则，如相加点与分支点的交换位置限制，化简前后前向通路与回路传递函数的乘积保持不变。

通过实例，可以直观地了解方框图的绘制、变换与简化方法。在控制工程实践中，方框图成为系统分析与设计的重要工具。

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文章来源：天狐定制

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