Blokdiagram nadzornih sistemov

Definicija sheme blokov

Shema blokov se uporablja za predstavitev sistemov regulacije v diagramsko obliko. Drugače povedano, praktična predstavitev sistema regulacije je njegova shema blokov. Vsak element sistema regulacije je predstavljen z blokom, ki simbolično predstavlja prenosno funkcijo tega elementa.

Ni vedno ugodno izpeljati celotne prenosne funkcije zapletenega sistema regulacije v eno samo funkcijo. Je lažje ločeno izpeljati prenosne funkcije kontrolnih elementov, povezanih s sistemom.

Vsak blok predstavlja prenosno funkcijo elementa in je povezan vzdolž poti signala. Sheme blokov poenostavljajo zaplete sisteme regulacije. Vsak element sistema regulacije je prikazan kot blok, ki simbolizira njegovo prenosno funkcijo. Skupaj te bloke tvorijo celoten sistem regulacije.Vsak blok predstavlja prenosno funkcijo elementa in je povezan vzdolž poti signala. Skupaj te bloke tvorijo celoten sistem regulacije.

Slika spodaj prikazuje dva elementa s prenosnima funkcijama Gone(s) in Gtwo(s). Kjer je Gone(s) prenosna funkcija prvega elementa in Gtwo(s) prenosna funkcija drugega elementa sistema.

Diagram tudi prikazuje, da je tam povratni pot, skozi katero je izhodni signal C(s) povrnjen in primerjan z vhodnim R(s). Razlika med vhodom in izhodom je, ki deluje kot akcijski signal ali signal napake.

V vsakem bloku diagrama so vhod in izhod povezana s prenosno funkcijo. Kjer je prenosna funkcija:

Kjer je C(s) izhod in R(s) vhod tega posebnega bloka.Zapleten sistem regulacije sestavlja več blokov. Vsak ima svojo prenosno funkcijo. Vendar je celotna prenosna funkcija sistema razmerje prenosne funkcije končnega izhoda in prenosne funkcije začetnega vhoda sistema.

To celotno prenosno funkcijo sistema lahko dobimo z poenostavitvijo sistema regulacije z združevanjem teh posameznih blokov, enega za drugim.Tehnika združevanja teh blokov se imenuje tehnika zmanjševanja sheme blokov.Za uspešno izvedbo te tehnike je treba slediti nekaterim pravilom za zmanjševanje sheme blokov.

Odvoznik točke v shemi blokov sistema regulacije

Ko potrebujemo, da en isti vhod velja za več blokov, uporabimo, kar se imenuje odvoznik točke.Ta točka je mesto, kjer ima vhod več poti za širjenje. Opomba: vhod se na tej točki ne razdeli.

Namesto tega vhod širijo skozi vse poti, povezane s to točko, brez vpliva na njegovo vrednost.Zato lahko z odvoznikom točke en isti vhodni signal uporabimo za več kot en sistem ali blok. Skupni vhodni signal, ki predstavlja več kot en blok sistema regulacije, je prikazan s skupno točko, kot je prikazano na sliki spodaj z točko X.Skupni vhodni signal, ki predstavlja več kot en blok sistema regulacije, je prikazan s skupno točko, kot je prikazano na sliki spodaj z točko X.

Kaskadni bloki

Ko so bloki povezani v vrsto (kaskadno), je celotna prenosna funkcija produkt vseh posameznih prenosnih funkcij blokov.Prav tako morate upoštevati, da izhod bloka ni vpliven z drugimi bloki v vrsti.

Iz diagrama je videti, da je,

Kjer je G(s) celotna prenosna funkcija kaskadnega sistema regulacije.

Seštevalni točki v shemi blokov sistema regulacije

Nekaterekrat se različni vhodni signali uporabljajo za isti blok namesto za več blokov.Tu je kombiniran vhodni signal vsota vseh uporabljenih vhodnih signalov. Ta točka, kjer se vhodi združijo, je prikazana kot prekrivajoča krogla v diagramih.

Tu so R(s), X(s) in Y(s) vhodni signali. Za označitev vhodnega signala, ki vstopa v seštevalno točko v shemi blokov sistema regulacije, je potrebno navedenih podrobnosti.

Zaporedne seštevalne točke

Seštevalna točka z več kot dvema vhodi se lahko razdeli na dve ali več zaporednih seštevalnih točkah, kjer sprememba položaja zaporednih seštevalnih točk ne vpliva na izhod signala.

Drugimi besedami – če je več kot ena seštevalna točka neposredno povezana, jih lahko brez vpliva na končni izhod seštevalnega sistema enostavno zamenjate med seboj.

Paralelni bloki

Ko se en isti vhodni signal uporablja za različne bloke in izhodi iz vsakega seštejejo v seštevalni točki za končni izhod sistema.

Celotna prenosna funkcija sistema bo algebarska vsota prenosnih funkcij vseh posameznih blokov.

Če so Cone, Ctwo in Cthree izhodi blokov z prenosnimi funkcijami Gone, Gtwo in Gthree, potem je.

Premikanje odvoznika točke

Če se en isti signal uporablja za več kot en sistem, je ta signal v sistemu predstavljen z točko, imenovano odvoznik točke.Načelo premikanja odvoznika točke je, da ga lahko premaknete na katero koli stran bloka, vendar mora biti končni izhod vej, povezanih s to točko, nespremenjen.

Odvoznik točke se lahko premakne na katero koli stran bloka.

Na zgornji sliki je odvoznik točke premaknjen s pozicije A na B. Signal R(s) na odvozniku točke A postane G(s)R(s) na točki B.

Zato je treba na to pot postaviti še en blok z obratno prenosno funkcijo G(s), da bi ponovno dobili R(s).Nedavno smo preučili, kako se odvoznik točke premakne pred blok, ki je bil prej za blokom.Tukaj je izhod C(s), vhod pa R(s) in zato.

Tukaj moramo na to pot postaviti en blok z prenosno funkcijo G(s), da bi ponovno dobili C(s) kot izhod.

Premikanje seštevalne točke

Preučimo premikanje seštevalne točke s pozicije pred blokom na pozicijo za blokom.Obstajata dva vhodna signala, R(s) in ± X(s), ki vstopita v seštevalno točko na poziciji A. Izhod seštevalne točke je R(s) ± X(s).Rezultirajoči signal je vhod bloka sistema regulacije z prenosno funkcijo G(s), in končni izhod sistema je

Zato lahko seštevalno točko ponovno narišemo z vhodnimi signaloma R(s)G(s) in ± X(s)G(s)

Zgornji blokovni diagrami izhoda sistema regulacije se lahko prepisajo kot

Zgornja enačba se lahko predstavi z blokom prenosne funkcije G(s) in vhodom R(s) ± X(s)/G(s). Ponovno R(s)±X(s)/G(s) se lahko predstavi z seštevalno točko vhodnega signala R(s) in ± X(s)/G(s) in končno jo lahko narišemo kot spodaj.

Blokovni diagram zaprtega zankega sistema regulacije

V zaprtem zankem sistemu regulacije je del izhoda povrnjen in dodan vhodu sistema. Če je H(s) prenosna funkcija