Blokkdiagram af styringsystemer (Overførselsfunktioner, reduktion, summeringspunkter og hvordan man læser dem)

Hvad er et blokdiagram i et kontrolsystem?

Et blokdiagram bruges til at repræsentere et kontrolsystem i diagramform. Med andre ord er den praktiske repræsentation af et kontrolsystem dets blokdiagram. Hvert element i kontrolsystemet repræsenteres med en blok, og blokken er den symboliske repræsentation af overførselsfunktionen for det pågældende element.

Det er ikke altid hensigtsmæssigt at udlede en kompleks kontrolsystems fulde overførselsfunktion i en enkelt funktion. Det er lettere at udlede overførselsfunktionen for kontrolsystemelementerne, der er forbundet til systemet, separat.

En blok repræsenterer derefter hver enkelt elements overførselsfunktion, og de forbinder derefter med signalstrømmens vej.

Blokdiagrammer bruges til at forenkle komplekse kontrolsystemer. Hvert element i kontrolsystemet repræsenteres med en blok, og blokken er den symboliske repræsentation af det pågældende elements overførselsfunktion. Et komplet kontrolsystem kan repræsenteres med det nødvendige antal sammenkoblede blokke.

Figuren nedenfor viser to elementer med overførselsfunktion Gone(s) og Gtwo(s). Hvor Gone(s) er overførselsfunktionen for det første element, og Gtwo(s) er overførselsfunktionen for det andet element i systemet.

Diagrammet viser også, at der er en feedback-vej, gennem hvilken outputsignal C(s) sendes tilbage og sammenlignes med input R(s). Forskellen mellem input og output er, hvad der fungerer som aktiveringssignal eller fejl-signal.

I hvert blok i diagrammet er output og input relateret sammen ved hjælp af en overførselsfunktion. Hvor overførselsfunktionen er:

Hvor C(s) er output, og R(s) er input for det pågældende blok.

Et komplekst kontrolsystem består af flere blokke. Hver af dem har sin egen overførselsfunktion. Men den samlede overførselsfunktion for systemet er forholdet mellem overførselsfunktionen for det endelige output og overførselsfunktionen for systemets initielle input.

Denne systems samlede overførselsfunktion kan opnås ved at forenkle kontrolsystemet ved at kombinere disse individuelle blokke, én efter én.

Teknikken for at kombinere disse blokke kaldes blokdiagramreduktionsteknik.

For den lykkedes implementering af denne teknik skal der følges nogle regler for blokdiagramreduktion.

Lad os diskutere disse regler, én efter én, for reduktion af kontrolsystemets blokdiagram. Hvis du ønsker at studere kontrolsystemer, kan du se vores kontrolsystem MCQ'er.

Hvis overførselsfunktionen for input til kontrolsystemet er R(s) og det tilsvarende output er C(s), og den samlede overførselsfunktion for kontrolsystemet er G(s), så kan kontrolsystemet repræsenteres som:

Afbrydningspunkt i et kontrolsystems blokdiagram

Når vi har brug for at anvende ét eller samme input til mere end en blok, bruger vi, hvad der kendes som afbrydningspunkt.

Dette punkt er, hvor inputtet har mere end en vej at udbrede sig. Bemærk, at inputtet ikke bliver delt på et punkt.

I stedet udbredes inputtet igennem alle veje, der er forbundet til dette punkt, uden at påvirke dens værdi.

Derfor kan samme inputsignal anvendes på mere end ét system eller blok ved at have et afbrydningspunkt.

Et fælles inputsignal, der repræsenterer mere end en blok i et kontrolsystem, gøres ved et fælles punkt, som vist i figuren nedenfor med punkt X.

Kaskade blokke

Når flere systemer eller kontrolblokke er forbundet i en kaskademåde, vil det hele systems overførselsfunktion være produktet af overførselsfunktionen for alle individuelle blokke.

Her skal det også huskes, at output fra en blok ikke vil blive påvirket af tilstedeværelsen af andre blokke i det kaskadede system.

Nu ses det fra diagrammet, at,

Hvor G(s) er den samlede overførselsfunktion for det kaskadede kontrolsystem.

Summeringspunkter i et kontrolsystems blokdiagram

I stedet for at anvende et enkelt inputsignal til forskellige blokke, som i det foregående tilfælde, kan der være en situation, hvor forskellige inputsignal er anvendt på samme blok.

Her er det resulterende inputsignal summen af alle inputsignal, der er anvendt. Summen af inputsignal repræsenteres af et punkt, der kaldes summeringspunkt, som vist i figuren nedenfor med krydset cirkel.

Her er R(s), X(s) og Y(s) inputsignalene. Det er nødvendigt at angive den fine specifikation for inputsignal, der indgår i summeringspunktet i kontrolsystemets blokdiagram.