Блок-схема систем керування

Визначення блок-схеми

Блок-схема використовується для представлення системи керування у графічному вигляді. Іншими словами, практичне представлення системи керування - це її блок-схема. Кожен елемент системи керування представляється блоком, а блок - це символічне представлення передавальної функції цього елемента.

Не завжди зручно отримати повну передавальну функцію складної системи керування в одній функції. Простіше отримати передавальну функцію керуючого елемента, підʼєднаного до системи окремо.

Кожен блок представляє передавальну функцію елемента і зʼєднується вздовж шляху сигналу. Блок-схеми спрощують складні системи керування. Кожен елемент системи керування показується як блок, символізуючи його передавальну функцію. Разом ці блоки формують повну систему керування.

На рисунку нижче показано два елементи з передавальними функціями Gone(s) та Gtwo(s). Де Gone(s) - це передавальна функція першого елемента, а Gtwo(s) - це передавальна функція другого елемента системи.

На діаграмі також показано, що є шлях зворотного звʼязку, через який вихідний сигнал C(s) повертається і порівнюється з вхідним R(s). Різниця між входом і виходом є актуючим сигналом або сигналом помилки.

У кожному блоку діаграми, вихід і вхід повʼязані між собою передавальною функцією. Де передавальна функція:

Де C(s) - це вихід, а R(s) - це вхід конкретного блоку. Складна система керування складається з декількох блоків. Кожен з них має свою передавальну функцію. Але загальна передавальна функція системи - це відношення передавальної функції остаточного виходу до передавальної функції початкового входу системи.

Загальну передавальну функцію цієї системи можна отримати, спрощуючи систему керування, обʼєднуючи ці окремі блоки один за одним. Техніка обʼєднання цих блоків називається технікою зменшення блок-схем. Для успішного впровадження цієї техніки слід дотримуватися деяких правил зменшення блок-схем.

Точка відведення в блок-схемі системи керування

Коли нам потрібно застосувати один або той самий вхід до більше ніж одного блоку, ми використовуємо те, що відомо як точка відведення. Ця точка - це місце, де вхід має більше одного шляху для розповсюдження. Зверніть увагу, що вхід не ділиться на точці.

Але замість цього, вхід розповсюджується через всі шляхи, підʼєднані до цієї точки, не впливаючи на його значення. Тому, той самий вхідний сигнал може бути застосований до більше ніж одного системи або блоку, маючи точку відведення. Спільний вхідний сигнал, що представляє більше ніж один блок системи керування, здійснюється за допомогою спільної точки, як показано на рисунку нижче з точкою X.

Каскадні блоки

Коли блоки керування підʼєднані послідовно (у каскад), загальна передавальна функція є добутком всіх окремих передавальних функцій блоків. Також, памʼятайте, що вихід блоку не впливає на інші блоки в ряду.

Тепер, з діаграми видно, що,

Де G(s) - це загальна передавальна функція каскадної системи керування.

Сумуючі точки в блок-схемі системи керування

Іноді, різні вхідні сигнали застосовуються до одного і того ж блоку замість одного входу до багатьох блоків. Тут, сумарний вхідний сигнал - це сума всіх застосованих вхідних сигналів. Ця точка сумування, де входять сигнали, показана як перетин кола на діаграмах.

Тут R(s), X(s) і Y(s) - це вхідні сигнали. Необхідно вказати знак, що визначає вхідний сигнал, що входить до сумуючої точки в блок-схемі системи керування.

Послідовні сумуючі точки

Сумуюча точка з більше ніж двома входами може бути розділена на дві або більше послідовні сумуючі точки, де зміна положення послідовних сумуючих точок не впливає на вихід сигналу.

Іншими словами - якщо є більше ніж одна сумуюча точка, безпосередньо повʼязані, то вони можуть легко змінювати своє положення без впливу на кінцевий вихід сумуючої системи.

Паралельні блоки

Коли до різних блоків застосовується той самий вхідний сигнал, а вихід з кожного з них додається в сумуючій точці для отримання остаточного виходу системи.

Загальна передавальна функція системи буде алгебраїчною сумою передавальних функцій всіх окремих блоків.

Якщо Cone, Ctwo і Cthree - це виходи блоків з передавальними функціями Gone, Gtwo і Gthree, то.

Переміщення точки відведення

Якщо той самий сигнал застосовується до більше ніж однієї системи, то сигнал представляється в системі точкою, яка називається точкою відведення. Принцип переміщення точки відведення полягає в тому, що вона може бути переміщена на будь-яку сторону блоку, але кінцевий вихід гілок, підʼєднаних до точки відведення, повинен залишатися незмінним.

Точка відведення може бути переміщена на будь-яку сторону блоку.

На рисунку вище, точка відведення переміщена з позиції A на B. Сигнал R(s) на точці відведення A стане G(s)R(s) на точці B.

Тому, на цьому шляху необхідно розмістити ще один блок з оберненою передавальною функцією G(s), щоб знову отримати R(s). Тепер давайте розглянемо, коли точка відведення переміщується перед блок, який раніше був після блоку. Тут вихід - це C(s), а вхід - R(s), і тому.

Тут, нам потрібно розмістити один блок з передавальною функцією G(s) на шляху, щоб знову отримати вихід C(s).

Переміщення сумуючої точки

Розглянемо переміщення сумуючої точки з позиції перед блоком на позицію після блоку. Є два вхідних сигнали, R(s) і ± X(s), що входять до сумуючої точки на позиції A. Вихід сумуючої точки - R(s) ± X(s). Результативний сигнал є вхідним для блоку системи керування з передавальною функцією G(s), а остаточний вихід системи становить

Тому, сумуючу точку можна перерисувати з вхідними сигналами R(s)G(s) і ± X(s)G(s)

Надійшовши блок-схеми виходу системи керування можна переписати як

Це рівняння можна представити за допомогою блоку з передавальною функцією G(s) і вхідним R(s) ± X(s)/G(s) знову R(s)±X(s)/G(s) може бути представлений з сумуючою точкою вхідного сигналу R(s) і ± X(s)/G(s) і, нарешті, це може бути намальовано як нижче.

Блок-схема замкнутої системи керування