Blockschaltbild von Steuerungssystemen (Übertragungsfunktionen, Reduktion, Summierungspunkte und deren Leseweise)

Was ist ein Blockdiagramm in einem Regelkreis?

Ein Blockdiagramm wird verwendet, um einen Regelkreis in Form eines Diagramms darzustellen. Mit anderen Worten, die praktische Darstellung eines Regelkreises ist sein Blockdiagramm. Jedes Element des Regelkreises wird mit einem Block dargestellt, und der Block ist die symbolische Darstellung der Übertragungsfunktion dieses Elements.

Es ist nicht immer bequem, die gesamte Übertragungsfunktion eines komplexen Regelkreises in einer einzigen Funktion abzuleiten. Es ist einfacher, die Übertragungsfunktion der an das System angeschlossenen Regelkomponente separat abzuleiten.

Ein Block stellt dann die Übertragungsfunktion jedes Elements dar, und sie werden dann mit dem Signalflusspfad verbunden.

Blockdiagramme werden verwendet, um komplexe Regelkreise zu vereinfachen. Jedes Element des Regelkreises wird mit einem Block dargestellt, und der Block ist die symbolische Darstellung der Übertragungsfunktion dieses Elements. Ein vollständiger Regelkreis kann mit der erforderlichen Anzahl an miteinander verbundenen Blöcken dargestellt werden.

Die folgende Abbildung zeigt zwei Elemente mit den Übertragungsfunktionen Gone(s) und Gtwo(s). Dabei ist Gone(s) die Übertragungsfunktion des ersten Elements und Gtwo(s) die Übertragungsfunktion des zweiten Elements des Systems.

Das Diagramm zeigt auch, dass es einen Rückführpfad gibt, durch den das Ausgangssignal C(s) zurückgeführt und mit dem Eingang R(s) verglichen wird. Der Unterschied zwischen Eingang und Ausgang ist das Stellgrößen- oder Fehlersignal.

In jedem Block des Diagramms sind Eingang und Ausgang durch eine Übertragungsfunktion miteinander verknüpft. Die Übertragungsfunktion lautet:

Dabei ist C(s) der Ausgang und R(s) der Eingang dieses bestimmten Blocks.

Ein komplexer Regelkreis besteht aus mehreren Blöcken. Jeder von ihnen hat seine eigene Übertragungsfunktion. Die Gesamtübertragungsfunktion des Systems ist jedoch das Verhältnis der Übertragungsfunktion des endgültigen Ausgangs zur Übertragungsfunktion des ursprünglichen Eingangs des Systems.

Diese Gesamtübertragungsfunktion des Systems kann erhalten werden, indem der Regelkreis durch Kombination dieser einzelnen Blöcke vereinfacht wird, einer nach dem anderen.

Die Technik zur Kombination dieser Blöcke wird als Technik zur Reduktion von Blockdiagrammen bezeichnet.

Für die erfolgreiche Umsetzung dieser Technik müssen einige Regeln für die Reduktion von Blockdiagrammen eingehalten werden.

Lassen Sie uns diese Regeln nacheinander besprechen, um das Blockdiagramm des Regelkreises zu reduzieren. Wenn Sie Regelkreise studieren möchten, sehen Sie sich unsere MCQs zu Regelkreisen an.

Wenn die Übertragungsfunktion des Eingangs des Regelkreises R(s) und der entsprechende Ausgang C(s) ist, und die Gesamtübertragungsfunktion des Regelkreises G(s) ist, dann kann der Regelkreis wie folgt dargestellt werden:

Ausgangspunkt in einem Blockdiagramm eines Regelkreises

Wenn wir denselben Eingang auf mehrere Blöcke anwenden müssen, verwenden wir, was als Ausgangspunkt bekannt ist.

Dieser Punkt ist der Ort, an dem der Eingang mehrere Pfade zum Fortpflanzen hat. Beachten Sie, dass der Eingang an einem Punkt nicht geteilt wird.

Stattdessen wird der Eingang durch alle an diesen Punkt angeschlossenen Pfade ohne Beeinträchtigung seines Wertes weitergeleitet.

Daher können dieselben Eingangssignale auf mehr als ein System oder einen Block angewendet werden, indem ein Ausgangspunkt eingerichtet wird.

Ein gemeinsames Eingangssignal, das mehr als einen Block eines Regelkreises repräsentiert, wird durch einen gemeinsamen Punkt, wie in der folgenden Abbildung mit Punkt X gezeigt, realisiert.

Kaskadenblöcke

Wenn mehrere Systeme oder Regelblöcke in kaskadierender Weise verbunden sind, wird die gesamte Übertragungsfunktion des Systems das Produkt der Übertragungsfunktionen aller einzelnen Blöcke sein.

Hierbei ist auch zu beachten, dass der Ausgang eines beliebigen Blocks nicht durch die Anwesenheit anderer Blöcke im kaskadierten System beeinflusst wird.

Wie man aus dem Diagramm sieht, gilt:

Dabei ist G(s) die Gesamtübertragungsfunktion des kaskadierten Regelkreises.

Summierungspunkte in einem Blockdiagramm eines Regelkreises

Anstatt, wie im vorherigen Fall, ein einzelnes Eingangssignal auf verschiedene Blöcke anzuwenden, kann es vorkommen, dass verschiedene Eingangssignale auf denselben Block angewendet werden.

In diesem Fall ist das resultierende Eingangssignal die Summe aller angewendeten Eingangssignale. Die Summierung der Eingangssignale wird durch einen Punkt, den sogenannten Summierungspunkt, dargestellt, der in der folgenden Abbildung durch einen gekreuzten Kreis gezeigt wird.

Hier sind R(s), X(s) und Y(s) die Eingangssignale. Es ist notwendig, die Feinheiten anzugeben, die das Eingangssignal beschreiben, das in den Summierungspunkt des Blockdiagramms des Regelkreises eingeht.