แผนภาพบล็อกของระบบควบคุม

การกำหนดรูปแบบแผนผังบล็อก

แผนผังบล็อกใช้ในการแสดงระบบควบคุมในรูปแบบแผนผัง ในอีกนัยหนึ่ง การแสดงผลจริงของระบบควบคุมคือแผนผังบล็อก แต่ละองค์ประกอบของระบบควบคุมจะแสดงด้วยบล็อก และบล็อกเป็นสัญลักษณ์ที่แทนฟังก์ชันถ่ายโอนขององค์ประกอบนั้นๆ

ไม่สะดวกเสมอไปในการสร้างฟังก์ชันถ่ายโอนทั้งหมดของระบบควบคุมที่ซับซ้อนในฟังก์ชันเดียว มันง่ายกว่าที่จะสร้างฟังก์ชันถ่ายโอนขององค์ประกอบควบคุมที่เชื่อมต่อกับระบบแยกกัน

แต่ละบล็อกแสดงฟังก์ชันถ่ายโอนขององค์ประกอบและเชื่อมต่อตามเส้นทางการไหลของสัญญาณแผนผังบล็อกทำให้ระบบควบคุมที่ซับซ้อนง่ายขึ้น แต่ละองค์ประกอบของระบบควบคุมแสดงเป็นบล็อก แสดงถึงฟังก์ชันถ่ายโอนของมัน บล็อกเหล่านี้รวมกันเป็นระบบควบคุมทั้งหมด

รูปด้านล่างแสดงสององค์ประกอบที่มีฟังก์ชันถ่ายโอน Gone(s) และ Gtwo(s) ที่ซึ่ง Gone(s) เป็นฟังก์ชันถ่ายโอนขององค์ประกอบแรกและ Gtwo(s) เป็นฟังก์ชันถ่ายโอนขององค์ประกอบที่สองของระบบ

แผนผังยังแสดงว่ามีเส้นทางป้อนกลับที่สัญญาณเอาต์พุต C(s) จะถูกป้อนกลับและเปรียบเทียบกับสัญญาณอินพุต R(s) ความแตกต่างระหว่างอินพุตและเอาต์พุตคือสัญญาณกระตุ้นหรือสัญญาณความผิดพลาด

ในแต่ละบล็อกของแผนผัง สัญญาณเอาต์พุตและอินพุตเกี่ยวข้องกันโดยฟังก์ชันถ่ายโอน โดยที่ฟังก์ชันถ่ายโอนคือ:

ที่ซึ่ง C(s) เป็นสัญญาณเอาต์พุตและ R(s) เป็นสัญญาณอินพุตของบล็อกนั้นๆระบบควบคุมที่ซับซ้อนประกอบด้วยหลายบล็อก แต่ละบล็อกมีฟังก์ชันถ่ายโอนของตนเอง แต่ฟังก์ชันถ่ายโอนโดยรวมของระบบคืออัตราส่วนของฟังก์ชันถ่ายโอนของเอาต์พุตสุดท้ายต่อฟังก์ชันถ่ายโอนของอินพุตเริ่มต้นของระบบ

ฟังก์ชันถ่ายโอนโดยรวมของระบบนี้สามารถได้มาจากการลดรูประบบควบคุมโดยการรวมบล็อกเหล่านี้เข้าด้วยกันทีละบล็อกเทคนิคในการรวมบล็อกเหล่านี้เรียกว่าวิธีการลดรูปแผนผังบล็อกสำหรับการใช้งานเทคนิคนี้อย่างประสบความสำเร็จ จำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎของการลดรูปแผนผังบล็อก

จุดแยกสัญญาณในแผนผังบล็อกของระบบควบคุม

เมื่อเราต้องการใช้อินพุตเดียวหรืออินพุตเดียวกันมากกว่าหนึ่งบล็อก เราใช้สิ่งที่เรียกว่าจุดแยกสัญญาณ จุดนี้เป็นจุดที่อินพุตมีเส้นทางมากกว่าหนึ่งเส้นทางเพื่อแพร่กระจาย โปรดทราบว่าอินพุตไม่ได้ถูกแบ่งที่จุดใดจุดหนึ่งแต่แทนที่จะเป็นเช่นนั้น อินพุตจะแพร่กระจายผ่านทุกเส้นทางที่เชื่อมต่อกับจุดนั้นโดยไม่กระทบต่อค่าของมัน

ดังนั้น สัญญาณอินพุตเดียวกันสามารถนำไปใช้กับระบบหรือบล็อกมากกว่าหนึ่งระบบโดยมีจุดแยกสัญญาณ สัญญาณอินพุตเดียวกันที่แสดงมากกว่าหนึ่งบล็อกของระบบควบคุมทำโดยจุดร่วม เช่น แสดงในรูปด้านล่างด้วยจุด X

บล็อกแบบเรียงซ้อน

เมื่อบล็อกควบคุมเชื่อมต่อกันแบบเรียงซ้อน (Cascaded) ฟังก์ชันถ่ายโอนโดยรวมคือผลคูณของฟังก์ชันถ่ายโอนของบล็อกแต่ละบล็อกนอกจากนี้ ควรจำไว้ว่าเอาต์พุตของบล็อกไม่ได้รับผลกระทบจากบล็อกอื่นๆ ในสาย

จากแผนผัง จะเห็นว่า

ที่ซึ่ง G(s) คือฟังก์ชันถ่ายโอนโดยรวมของระบบควบคุมแบบเรียงซ้อน

จุดรวมสัญญาณในแผนผังบล็อกของระบบควบคุม

บางครั้ง สัญญาณอินพุตที่แตกต่างกันถูกนำไปใช้กับบล็อกเดียวกันแทนที่จะเป็นอินพุตเดียวไปยังบล็อกหลายบล็อก ที่นี่ สัญญาณอินพุตที่รวมกันคือผลรวมของสัญญาณอินพุตที่นำมาใช้ทั้งหมด จุดรวมสัญญาณ ที่สัญญาณเหล่านี้รวมกัน แสดงเป็นวงกลมที่ตัดกันในแผนผัง

ที่นี่ R(s), X(s), และ Y(s) เป็นสัญญาณอินพุต จำเป็นต้องระบุสัญญาณอินพุตที่เข้าสู่จุดรวมสัญญาณในแผนผังบล็อกของระบบควบคุม

จุดรวมสัญญาณต่อเนื่อง

จุดรวมสัญญาณที่มีอินพุตมากกว่าสองอินพุตสามารถแบ่งออกเป็นจุดรวมสัญญาณต่อเนื่องสองจุดหรือมากกว่า ที่การเปลี่ยนตำแหน่งของจุดรวมสัญญาณต่อเนื่องไม่กระทบต่อสัญญาณเอาต์พุต

กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากมีจุดรวมสัญญาณมากกว่าหนึ่งจุดที่เชื่อมต่อกันโดยตรง แล้วพวกมันสามารถสลับตำแหน่งกันได้โดยไม่กระทบต่อเอาต์พุตสุดท้ายของระบบรวมสัญญาณ

บล็อกแบบขนาน

เมื่อสัญญาณอินพุตเดียวกันถูกนำไปใช้กับบล็อกต่างๆ และเอาต์พุตจากแต่ละบล็อกถูกเพิ่มเข้าด้วยกันที่จุดรวมสัญญาณเพื่อรับเอาต์พุตสุดท้ายของระบบ

ฟังก์ชันถ่ายโอนโดยรวมของระบบจะเป็นผลรวมเชิงพีชคณิตของฟังก์ชันถ่ายโอนของบล็อกแต่ละบล็อก

หาก Cone, Ctwo, และ Cthree เป็นเอาต์พุตของบล็อกที่มีฟังก์ชันถ่ายโอน Gone, Gtwo, และ Gthree แล้ว

การเลื่อนจุดแยกสัญญาณ

หากสัญญาณเดียวกันถูกนำไปใช้กับระบบมากกว่าหนึ่งระบบ สัญญาณนั้นจะแสดงในระบบโดยจุดที่เรียกว่าจุดแยกสัญญาณ หลักการของการเลื่อนจุดแยกสัญญาณคือ จุดนี้อาจถูกเลื่อนไปทางด้านใดด้านหนึ่งของบล็อก แต่เอาต์พุตสุดท้ายของสาขาที่เชื่อมต่อกับจุดแยกสัญญาณต้องไม่เปลี่ยนแปลง

จุดแยกสัญญาณสามารถเลื่อนไปทางด้านใดด้านหนึ่งของบล็อก

ในรูปด้านบน จุดแยกสัญญาณถูกเลื่อนจากตำแหน่ง A ไปยัง B สัญญาณ R(s) ที่จุดแยกสัญญาณ A จะกลายเป็น G(s)R(s) ที่จุด B

ดังนั้น ต้องใส่บล็อกอีกบล็อกที่มีฟังก์ชันถ่ายโอนผกผันของ G(s) ลงในเส้นทางนั้นเพื่อให้ได้ R(s) อีกครั้ง ตอนนี้มาตรวจสอบเมื่อจุดแยกสัญญาณถูกเลื่อนก่อนบล็อก ซึ่งเคยอยู่หลังบล็อก ที่นี่ เอาต์พุตคือ C(s) และอินพุตคือ R(s) ดังนั้น

ที่นี่ เราต้องใส่บล็อกที่มีฟังก์ชันถ่ายโอน G(s) ลงในเส้นทางเพื่อให้เอาต์พุตออกมาเป็น C(s) อีกครั้ง

การเลื่อนจุดรวมสัญญาณ

มาตรวจสอบการเลื่อนจุดรวมสัญญาณจากตำแหน่งก่อนบล็อกไปยังตำแหน่งหลังบล็อก มีสัญญาณอินพุตสองสัญญาณ R(s) และ ± X(s) เข้าสู่จุดรวมสัญญาณที่ตำแหน่ง A เอาท์พุตของจุดรวมสัญญาณคือ R(s) ± X(s) สัญญาณผลลัพธ์เป็นอินพุตของบล็อกระบบควบคุมที่มีฟังก์ชันถ่ายโอน G(s) และเอาต์พุตสุดท้ายของระบบคือ

ดังนั้น จุดรวมสัญญาณสามารถวาดใหม่ด้วยสัญญาณอินพุต R(s)G(s) และ ± X(s)G(s)

แผนผังบล็อกของระบบควบคุมที่มีเอาต์พุตดังกล่าวสามารถเขียนใหม่เป็น

สมการข้างต้นสามารถแสดงโดยบล็อกที่มีฟังก์ชันถ่ายโอน G(s) และอินพุต R(s) ± X(s)/G(s) อีกครั้ง R(s)±X(s)/G(s) สามารถแสดงด้วยจุดรวมสัญญาณที่มีสัญญาณอินพุต R(s) และ ± X(s)/G(s) และสุดท้ายสามารถวาดเป็นดังนี้