Blokový diagram řídicích systémů (Přenosové funkce, redukce, sčítací body a jak je číst)

Co je blokové schéma v řídicím systému?

Blokové schéma se používá k reprezentaci řídicího systému ve formě diagramu. Jinak řečeno, praktická reprezentace řídicího systému je jeho blokové schéma. Každý prvek řídicího systému je zobrazen blokem a blok je symbolickou reprezentací přenosové funkce tohoto prvku.

Není vždy vhodné odvodit celou přenosovou funkci složitého řídicího systému v jedné funkci. Je snazší odvodit přenosovou funkci řídicích prvků připojených k systému samostatně.

Každý prvek je pak reprezentován svou přenosovou funkcí a tyto bloky jsou propojeny cestou toku signálu.

Bloková schémata se používají k zjednodušení složitých řídicích systémů. Každý prvek řídicího systému je reprezentován blokem a blok je symbolickou reprezentací přenosové funkce tohoto prvku. Úplný řídicí systém lze reprezentovat požadovaným počtem vzájemně propojených bloků.

Níže uvedená obrázka ukazují dva prvky s přenosovými funkcemi Gone(s) a Gtwo(s). Kde Gone(s) je přenosová funkce prvního prvku a Gtwo(s) je přenosová funkce druhého prvku systému.

Obrázek také ukazuje, že existuje zpětná vazba, přes kterou je výstupní signál C(s) vrácen a porovnán s vstupem R(s). Rozdíl mezi vstupem a výstupem je ten, který působí jako aktivující signál nebo signál chyby.

V každém bloku diagramu jsou výstup a vstup spojeny přenosovou funkcí. Kde přenosová funkce je:

Kde C(s) je výstup a R(s) je vstup daného bloku.

Složitý řídicí systém se skládá z několika bloků. Každý z nich má svou vlastní přenosovou funkci. Celková přenosová funkce systému je však poměr přenosové funkce konečného výstupu k přenosové funkci počátečního vstupu systému.

Tuto celkovou přenosovou funkci systému lze získat zjednodušením řídicího systému kombinací těchto individuálních bloků postupně jeden po druhém.

Technika kombinace těchto bloků se nazývá technika redukce blokového diagramu.

Pro úspěšné provedení této techniky je třeba dodržet některá pravidla pro redukci blokového diagramu.

Pojďme projít tato pravidla jedno po druhém pro redukci blokového diagramu řídicího systému. Pokud se chcete zabývat studiem řídicích systémů, podívejte se na naše otázky s výběrem odpovědí (MCQs) pro řídicí systémy.

Pokud je přenosová funkce vstupu řídicího systému R(s) a odpovídající výstup je C(s), a celková přenosová funkce řídicího systému je G(s), pak lze řídicí systém reprezentovat jako:

Bod odpojení v blokovém diagramu řídicího systému

Když potřebujeme aplikovat jeden nebo stejný vstup do více bloků, používáme to, co se nazývá bodem odpojení.

Tento bod je místem, kde vstup má více cest k šíření. Poznamenejte, že vstup se na tomto místě nedělí.

Namísto toho vstup šíří všechny cesty připojené k tomuto bodu bez ovlivnění jeho hodnoty.

Proto stejné vstupní signály lze aplikovat na více systémů nebo bloků pomocí bodu odpojení.

Společný vstupní signál reprezentující více bloků řídicího systému je proveden společným bodem, jak je znázorněno na níže uvedeném obrázku s bodem X.

Kaskádní bloky

Když několik systémů nebo řídicích bloků je spojeno v kaskádovém uspořádání, přenosová funkce celého systému bude součinem přenosových funkcí všech individuálních bloků.

Je třeba si také pamatovat, že výstup jakéhokoli bloku nebude ovlivněn přítomností ostatních bloků v kaskádovém systému.

Teď, z diagramu je vidět, že,

Kde G(s) je celková přenosová funkce kaskádového řídicího systému.

Body sčítání v blokovém diagramu řídicího systému

Místo aplikace jednoho vstupního signálu do různých bloků, jak bylo v předchozím případě, může nastat situace, kdy se různé vstupní signály aplikují na stejný blok.

Zde je výsledný vstupní signál součtem všech vstupních signálů, které jsou aplikovány. Součet vstupních signálů je reprezentován bodem, který se nazývá bod sčítání, jak je znázorněno na níže uvedeném obrázku zkříženým kolem.