Блокова схема на системите за управление

Дефиниция на блокова схема

Блоковата схема се използва за представяне на системата за управление в графичен вид. С други думи, практическият начин за представяне на система за управление е чрез блокова схема. Всяка част от системата за управление е представена с един блок, а блокът е символично представяне на преходната функция на тази част.

Не винаги е удобно да се изведе цялата преходна функция на сложна система за управление в една функция. По-лесно е да се изведе преходната функция на елементите за управление, свързани с системата, поотделно.

Всеки блок представлява преходната функция на един елемент и е свързан във веригата на сигнала. Блоковите схеми опростяват сложните системи за управление. Всяко звено на системата за управление е показано като блок, който символизира неговата преходна функция. Заедно тези блокове формират пълната система за управление.На фигурата по-долу са показани два елемента с преходни функции Gone(s) и Gtwo(s). Където Gone(s) е преходната функция на първия елемент, а Gtwo(s) е преходната функция на втория елемент на системата.

На диаграмата също е показан обратен път, през който изходния сигнал C(s) се подава обратно и се сравнява с входния R(s). Разликата между вход и изход действа като управляващ сигнал или сигнал на грешка.

Във всеки блок на диаграмата, изходът и входът са свързани чрез преходна функция. Където преходната функция е:

Където C(s) е изходът, а R(s) е входът на конкретния блок. Сложна система за управление се състои от няколко блока. Всеки от тях има своя преходна функция. Но общата преходна функция на системата е отношението между преходната функция на крайния изход и преходната функция на началния вход на системата.

Общата преходна функция на системата може да бъде получена, като се опрости системата за управление, като се комбинират отделните блокове, един по един. Техниката за комбиниране на тези блокове се нарича техника за намаляване на блоковата схема. За успешното приложение на тази техника, трябва да се спазват някои правила за намаляване на блоковата схема.

Точка за отклонение в блоковата схема на система за управление

Когато се нуждаем да приложим един или същ вход към повече от един блок, използваме това, което се нарича точка за отклонение. Тази точка е мястото, където входът има повече от един път за разпространение. Забележете, че входът не се разделя на точка.Но вместо това, входът се разпространява през всички пътища, свързани с тази точка, без да влияе на неговата стойност. Един и същ входен сигнал може да се приложи към повече от една система или блок, като има точка за отклонение. Общ входен сигнал, представляващ повече от един блок на система за управление, се прави чрез обща точка, както е показано на фигурата по-долу с точка X.

Каскадни блокове

Когато блоковете за управление са свързани поред (в каскад), общата преходна функция е произведението на всички индивидуални преходни функции на блоковете. Освен това, запомнете, че изходът на един блок не е влияет от други блокове в поредицата.

От диаграмата се вижда, че,

Където G(s) е общата преходна функция на каскадната система за управление.

Сумиращи точки в блоковата схема на система за управление

Понякога, различни входни сигнали се прилагат към един и същ блок, вместо един вход към повече от един блок. Тук, комбинираният входен сигнал е сумата от всички приложени входни сигнали. Тази сумираща точка, където входящите сигнали се събират, е показана като пресечена окръжност в диаграмите.

Тук R(s), X(s) и Y(s) са входните сигнали. Необходимо е да се посочи точката, която специфицира входния сигнал, влизащ в сумираща точка в блоковата схема на системата за управление.

Последователни сумиращи точки

Сумираща точка с повече от два входа може да бъде разделена на две или повече последователни сумиращи точки, където промяната на позицията на последователните сумиращи точки не влияе на изходния сигнал.

С други думи – ако има повече от една сумираща точка, директно свързани, те могат лесно да бъдат разменени от позицията си, без да влияе на крайния изход на сумиращата система.

Паралелни блокове

Когато се прилага един и същ входен сигнал, различни блокове и изходът от всеки от тях се добавят в сумираща точка за взимане на крайния изход на системата.

Общата преходна функция на системата ще бъде алгебричната сума на преходните функции на всички индивидуални блокове.

Ако Cone, Ctwo и Cthree са изходите на блоковете с преходни функции Gone, Gtwo и Gthree, то.

Преместване на точка за отклонение

Ако един и същ сигнал се прилага към повече от една система, тогава сигналът се представя в системата чрез точка, наречена точка за отклонение. Принципът за преместване на точката за отклонение е, че тя може да бъде преместена от едната страна на блока, но крайният изход на клоновете, свързани с точката за отклонение, трябва да остане непроменен.

Точката за отклонение може да бъде преместена на всяка страна на блока.

На фигурата по-горе, точката за отклонение е преместена от позиция A до B. Сигналът R(s) на точката за отклонение A ще стане G(s)R(s) на точка B.

За да се получи отново R(s), трябва да се постави допълнителен блок с обратна преходна функция G(s) на този път. Нека сега разгледаме, когато точката за отклонение е преместена преди блока, който преди това беше след блока. Тук изходът е C(s), а входът е R(s).

Тук трябва да поставим един блок с преходна функция G(s) на пътя, така че изходът отново да бъде C(s).

Преместване на сумираща точка

Нека разгледаме преместването на сумираща точка от позиция преди блок до позиция след блок. Има два входни сигнала, R(s) и ± X(s), влизащи в сумираща точка на позиция A. Изходът на сумиращата точка е R(s) ± X(s). Резултантният сигнал е вход за блок на система за управление с преходна функция G(s), а крайният изход на системата е

Ето защо, сумиращата точка може да бъде прерисувана с входни сигнали R(s)G(s) и ± X(s)G(s)

По-горните блокови диаграми на изхода на система за управление могат да бъдат преработени като

По-горното уравнение може да бъде представено чрез блок с преходна функция G(s) и вход R(s) ± X(s)/G(s) отново R(s)±X(s)/G(s) може да бъде представено с сумираща точка с входен сигнал R(s) и ± X(s)/G(s) и накрая може да бъде начертано както по-долу.

Блокова схема на затворена система за управление

В затворена система за управление, част от изхода се подава обратно и се добавя към входа на системата. Ако H (s) е преходната функция на обратния път, то преходната функция на обратния сигнал ще бъде B(s) = C(s)H(s).

В сум