Διάγραμμα Μπλοκ Συστήματος Ελέγχου

Ορισμός Σχήματος Μπλοκ

Ένα σχήμα μπλοκ χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση ενός συστήματος ελέγχου σε διαγραμματική μορφή. Με άλλα λόγια, η πρακτική αναπαράσταση ενός συστήματος ελέγχου είναι το σχήμα μπλοκ. Κάθε στοιχείο του συστήματος ελέγχου αναπαρίσταται με ένα μπλοκ και το μπλοκ είναι η συμβολική αναπαράσταση της συνάρτησης μεταφοράς του στοιχείου.

Δεν είναι πάντα βολικό να προκύψει η ολόκληρη συνάρτηση μεταφοράς ενός περίπλοκου συστήματος ελέγχου σε μία μοναδική συνάρτηση. Είναι ευκολότερο να προκύψει η συνάρτηση μεταφοράς των στοιχείων ελέγχου που είναι συνδεδεμένα με το σύστημα ξεχωριστά.

Κάθε μπλοκ αντιπροσωπεύει τη συνάρτηση μεταφοράς ενός στοιχείου και είναι συνδεδεμένο κατά μήκος της διαδρομής του σήματος. Τα σχήματα μπλοκ απλοποιούν τα περίπλοκα συστήματα ελέγχου. Κάθε στοιχείο του συστήματος ελέγχου εμφανίζεται ως ένα μπλοκ, συμβολίζοντας τη συνάρτηση μεταφοράς. Μαζί, αυτά τα μπλοκ σχηματίζουν το ολόκληρο σύστημα ελέγχου.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει δύο στοιχεία με συνάρτηση μεταφοράς Gone(s) και Gtwo(s). Όπου Gone(s) είναι η συνάρτηση μεταφοράς του πρώτου στοιχείου και Gtwo(s) είναι η συνάρτηση μεταφοράς του δεύτερου στοιχείου του συστήματος.

Το σχήμα δείχνει επίσης ότι υπάρχει μια διαδρομή ανάδρασης μέσω της οποίας το εξερχόμενο σήμα C(s) επιστρέφεται και συγκρίνεται με την εισόδου R(s). Η διαφορά μεταξύ εισόδου και εξόδου είναι αυτή που λειτουργεί ως σήμα ενεργοποίησης ή σήμα σφάλματος.

Σε κάθε μπλοκ του διαγράμματος, τα εξόδια και εισόδια συνδέονται μεταξύ τους μέσω μιας συνάρτησης μεταφοράς. Οπου η συνάρτηση μεταφοράς είναι:

Όπου C(s) είναι το εξόδι και R(s) είναι η είσοδος του συγκεκριμένου μπλοκ. Ένα περίπλοκο σύστημα ελέγχου αποτελείται από αρκετά μπλοκ. Κάθε ένα από αυτά έχει τη δική του συνάρτηση μεταφοράς. Ωστόσο, η συνολική συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος είναι το λόγος της συνάρτησης μεταφοράς του τελικού εξόδου προς τη συνάρτηση μεταφοράς της αρχικής είσοδου του συστήματος.

Η συνολική συνάρτηση μεταφοράς αυτού του συστήματος μπορεί να προκύψει απλοποιώντας το σύστημα ελέγχου συνδυάζοντας αυτά τα ξεχωριστά μπλοκ, ένα προς ένα. Η τεχνική συνδυασμού αυτών των μπλοκ αναφέρεται ως τεχνική μείωσης σχημάτων μπλοκ. Για την επιτυχή εφαρμογή αυτής της τεχνικής, πρέπει να ακολουθηθούν κάποιοι κανόνες μείωσης σχημάτων μπλοκ.

Σημείο Απόκλισης σε Σχήμα Μπλοκ Συστήματος Ελέγχου

Όταν χρειαζόμαστε να εφαρμόσουμε ένα ή το ίδιο είσοδο σε περισσότερα από ένα μπλοκ, χρησιμοποιούμε αυτό που ονομάζεται σημείο απόκλισης. Αυτό το σημείο είναι όπου η είσοδος έχει περισσότερες από μία διαδρομή για να εξαπλωθεί. Σημειώστε ότι η είσοδος δεν χωρίζεται σε ένα σημείο.

Αλλά αντίθετα, η είσοδος εξαπλώνεται μέσω όλων των διαδρομών που είναι συνδεδεμένες με αυτό το σημείο χωρίς να επηρεάζεται η τιμή της. Άρα, τα ίδια σήματα εισόδου μπορούν να εφαρμοστούν σε περισσότερα από ένα σύστημα ή μπλοκ μέσω ενός σημείου απόκλισης. Ένα κοινό σήμα εισόδου που αντιπροσωπεύει περισσότερα από ένα μπλοκ ενός συστήματος ελέγχου γίνεται μέσω ενός κοινού σημείου, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα με το σημείο X.

Σειριακά Μπλοκ

Όταν τα μπλοκ ελέγχου είναι συνδεδεμένα σε σειρά (σε καταληκτική), η συνολική συνάρτηση μεταφοράς είναι το γινόμενο όλων των ξεχωριστών συναρτήσεων μεταφοράς μπλοκ. Επίσης, θυμηθείτε ότι το εξόδι ενός μπλοκ δεν επηρεάζεται από άλλα μπλοκ στη σειρά.

Τώρα, από το διάγραμμα, βλέπουμε ότι,

Όπου G(s) είναι η συνολική συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος ελέγχου σε καταληκτική.

Σημεία Προσθήκης σε Σχήμα Μπλοκ Συστήματος Ελέγχου

Μερικές φορές, διαφορετικά σήματα εισόδου εφαρμόζονται στο ίδιο μπλοκ αντί για ένα μοναδικό σήμα σε περισσότερα μπλοκ. Εδώ, το συνδυασμένο σήμα εισόδου είναι το άθροισμα όλων των εφαρμοσμένων σημάτων εισόδου. Αυτό το σημείο προσθήκης, όπου συγχωνεύονται οι εισόδοι, εμφανίζεται ως διασταυρωμένος κύκλος στα διαγράμματα.

Εδώ R(s), X(s) και Y(s) είναι τα σήματα εισόδου. Είναι απαραίτητο να δείξει το σημείο που καθορίζει το σήμα εισόδου που εισέρχεται σε ένα σημείο προσθήκης στο σχήμα μπλοκ του συστήματος ελέγχου.

Συνεχόμενα Σημεία Προσθήκης

Ένα σημείο προσθήκης με περισσότερες από δύο εισόδους μπορεί να χωριστεί σε δύο ή περισσότερα συνεχόμενα σημεία προσθήκης, όπου η αλλαγή της θέσης των συνεχόμενων σημείων προσθήκης δεν επηρεάζει το σήμα εξόδου.

Με άλλα λόγια - αν υπάρχουν περισσότερα από ένα σημεία προσθήκης που είναι άμεσα συνδεδεμένα, τότε μπορούν να αλλάξουν θέση χωρίς να επηρεάζεται το τελικό εξόδι του συστήματος προσθήκης.

Παράλληλα Μπλοκ

Όταν εφαρμόζεται το ίδιο σήμα εισόδου, διαφορετικά μπλοκ και το εξόδι από κάθε ένα αυτών προστίθεται σε ένα σημείο προσθήκης για τη λήψη του τελικού εξόδου του συστήματος.

Η συνολική συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος θα είναι η άλγεβρικη άθροιση της συνάρτησης μεταφοράς όλων των ξεχωριστών μπλοκ.

Αν Cone, Ctwo και Cthree είναι τα εξόδια των μπλοκ με συνάρτηση μεταφοράς Gone, Gtwo και Gthree, τότε.

Μετακίνηση Σημείου Απόκλισης

Αν το ίδιο σήμα εφαρμόζεται σε περισσότερα από ένα σύστημα, τότε το σήμα αναπαρίσταται στο σύστημα από ένα σημείο που ονομάζεται σημείο απόκλισης. Το πρίγκιπιο της μετακίνησης του σημείου απόκλισης είναι ότι μπορεί να μετακινηθεί σε οποιαδήποτε πλευρά ενός μπλοκ, αλλά το τελικό εξόδι των κλάδων που είναι συνδεδεμένοι με το σημείο απόκλισης πρέπει να παραμείνει αναλλοίωτο.

Το σημείο α