Irányítási rendszerek blokkdiagramja

Blokkdiagram-definíció

A blokkdiagramot használjuk a vezérlőrendszer diagram alakú ábrázolására. Más szavakkal, a vezérlőrendszer gyakorlati ábrázolása a blokkdiagram. A vezérlőrendszer minden eleme egy blokkkal van jelölve, és a blokk az adott elem átmeneti függvényének szimbolikus reprezentációja.

Nem mindig praktikus egy összetett vezérlőrendszer teljes átmeneti függvényét egyetlen függvénnyel levezetni. Könnyebb a rendszerhez csatlakoztatott vezérlőelemek átmeneti függvényét külön-külön levezetni.

Minden blokk egy elem átmeneti függvényét jelöli, és a jeláramló útvonal mentén vannak összekötve. A blokkdiagramok egyszerűsítik az összetett vezérlőrendszereket. A vezérlőrendszer minden eleme blokkként jelenik meg, amely a transzfert függvényét szimbolizálja. Ezek a blokkok együttesen alkotják a teljes vezérlőrendszert.

Az alábbi ábrán két elem látható, melyek átmeneti függvényei Gone(s) és Gtwo(s). Ahol Gone(s) az első elem átmeneti függvénye, és Gtwo(s) a rendszer második elemének átmeneti függvénye.

A diagram azt is mutatja, hogy van egy visszacsatolási útvonal, amelyen a C(s) kimeneti jel visszakerül, és összehasonlítva van az R(s) bemeneti jelekkel. A bemenet és a kimenet közötti különbség a meghajtó jel vagy hiba jel.

A diagram minden blokkjában a kimenet és a bemenet egy átmeneti függvénnyel kapcsolódik össze. Ahol az átmeneti függvény:

Ahol C(s) a kimenet, és R(s) a bemenet az adott blokkhoz. Egy összetett vezérlőrendszer több blokkból áll. Minden blokknak saját átmeneti függvénye van. Azonban a rendszer teljes átmeneti függvénye a végleges kimeneti transzfert függvényének és a rendszer kezdeti bemeneti transzfert függvényének aránya.

Ezt a rendszer teljes átmeneti függvényét a vezérlőrendszer egyszerűsítésével, az egyes blokkok egyesítésével, egymás után kaphatjuk meg. Az egyes blokkok egyesítésének technikája a blokkdiagram-redukciós technika. Ez a technika sikeres végrehajtásához bizonyos blokkdiagram-redukciós szabályokat kell követni.

Vezérlőrendszer Blokkdiagramjának Továbbviteli Pontja

Amikor ugyanazt a bemeneti jelet vagy ugyanazt a bemeneti jelet több blokkhoz szeretnénk alkalmazni, akkor a továbbviteli pontot használjuk. Ez a pont, ahol a bemenet több útvonalon keresztül terjed. Figyelemre méltó, hogy a bemenet nem osztódik el a pontban.Hanem a bemenet az összes oda vezető útvonalon átterjed, anélkül, hogy értékét befolyásolná. Így ugyanazt a bemeneti jeleket több rendszer vagy blokk esetében is alkalmazhatjuk, ha van egy továbbviteli pont. Egy közös bemeneti jel, ami több blokkot képvisel, egy közös ponttal valósul meg, ahogy az az alábbi ábrán látható X ponttal.

Kaszkád Blokkok

Amikor a vezérlőblokkok sorban (kaszkádban) vannak összekötve, az általános átmeneti függvény az egyes blokkok átmeneti függvényeinek szorzata. Ne feledje, hogy egy blokk kimenete nem befolyásolódik a sorban lévő más blokkoktól.

Most, a diagram alapján látható, hogy,

Ahol G(s) a kaszkád vezérlőrendszer általános átmeneti függvénye.

Összeadó Pontok a Vezérlőrendszer Blokkdiagramján

Néha különböző bemeneti jeleket alkalmaznak ugyanarra a blokkra, nem pedig egyetlen bemenetet több blokkra. Itt a kombinált bemeneti jel az összes alkalmazott bemeneti jel összege. Ez az összeadó pont, ahol a bemenetek egyesülnek, ábrákon kereszteződő körrel jelölhető.

Itt R(s), X(s) és Y(s) a bemeneti jelek. Fontos, hogy a bemeneti jel, ami beérkezik az összeadó pontra a vezérlőrendszer blokkdiagramján, megfelelően legyen jelölve.

Következő Összeadó Pontok

Egy több mint két bemenettel rendelkező összeadó pont felbontható két vagy több következő összeadó pontra, ahol a következő összeadó pontok helyzetének módosítása nem befolyásolja a jel kimenetét.

Más szavakkal, ha több összeadó pont közvetlenül egymással össze van kapcsolva, akkor könnyen cserélhetők helyükön, anélkül, hogy a végleges kimenetet befolyásolnák.

Párhuzamos Blokkok

Amikor ugyanaz a bemeneti jel alkalmazódik különböző blokkokra, és mindegyik kimenete egy összeadó pontban adódik össze a rendszer végleges kimenetének megszerzéséhez.

A rendszer általános átmeneti függvénye az egyes blokkok átmeneti függvényeinek algebrai összege lesz.

Ha Cone, Ctwo, és Cthree a blokkok kimenetei, amelyek átmeneti függvényei Gone, Gtwo, és Gthree, akkor.

Továbbviteli Pont Eltolása

Ha ugyanaz a jel több rendszerhez is alkalmazódik, akkor a jel a rendszerben egy továbbviteli ponttal van jelölve. A továbbviteli pont eltolásának elve, hogy a továbbviteli pont eltolható a blokk bármelyik oldalára, de a továbbviteli ponthoz csatlakozó ágak végső kimenete változatlan maradjon.

A továbbviteli pont eltolható a blokk bármelyik oldalára.

A fenti ábrán a továbbviteli pont A pozícióból B pozícióba tolódik. Az A továbbviteli ponthoz tartozó R(s) jel B pontban G(s)R(s) lesz.

Ezért egy másik blokkot kell a G(s) inverz transzfert függvényével helyezni az útvonalra, hogy újra R(s)-t kapjunk. Most vizsgáljuk, amikor a továbbviteli pont eltolódik a blokk előtt, amely korábban a blokk után volt. Itt a kimenet C(s), a bemenet pedig R(s).

Itt egy G(s) átmeneti függvényű blokkot kell az útvonalra helyezni, hogy a kimenet újra C(s) legyen.

Összeadó Pont Eltolása

Nézzük, hogyan tolódik el az összeadó pont egy blokk előtti pozícióból a blokk utáni pozícióba. Két bemeneti jel, R(s) és ± X(s), érkezik az A pozíciójú összeadó pontra. Az összeadó pont kimenete R(s) ± X(s). A kapott jel a G(s) átmeneti függvényű vezérlőrendszer blokk bemenete, és a rendszer végleges kimenete

Így az összeadó pont újra rajzolható R(s)G(s) és ± X(s)G(s) bemeneti jelekkel.

A fenti vezérlőrendszer blokkdiagramjának kimenete újraírható, mint

A fenti egyenlet G(s) átmeneti függvényű blokkkal és R(s) ± X(s)/G(s) bemeneti jelleggel is megadható. R(s)±X(s)/G(s) pedig újra megadható egy R(s) és ± X(s)/G(s) bemeneti jellegű összeadó ponttal, és végül így rajzolható fel.

Zárt Hurokú Vezérlőrendszer Blokkdiagramja

Egy zárt hurokú vezérlőrendszerben a kimenet egy része visszahúzódik, és hozzáadódik a rendszer bemenetéhez. Ha H(s) a visszacsatolási út átmeneti függvénye, akkor a visszacsatolási jel átmeneti függvénye B(s) = C(s)H(s).