دیاگرام بلوکی سیستم‌های کنترل (توابع انتقال، کاهش، نقاط جمع‌آوری و چگونگی خواندن آنها)

چه مفهوم نمودار بلوکی در سیستم کنترل را دارد؟

نمودار بلوکی برای نمایش سیستم کنترل به صورت شماتیک استفاده می‌شود. به عبارت دیگر، نمایش عملی سیستم کنترل نمودار بلوکی آن است. هر عنصر سیستم کنترل با یک بلوک نمایش داده می‌شود و بلوک نماد تابع انتقال آن عنصر است.

همیشه لازم نیست تابع انتقال کل یک سیستم کنترل پیچیده را در یک تابع مشتق کنیم. مشتق گیری تابع انتقال عناصر متصل به سیستم به طور جداگانه آسان‌تر است.

پس هر بلوک تابع انتقال هر عنصر را نمایش می‌دهد و آنها سپس با مسیر جریان سیگنال به هم متصل می‌شوند.

نمودارهای بلوکی برای ساده‌سازی سیستم‌های کنترل پیچیده استفاده می‌شوند. هر عنصر سیستم کنترل با یک بلوک نمایش داده می‌شود و بلوک نماد تابع انتقال آن عنصر است. یک سیستم کنترل کامل می‌تواند با تعداد مورد نیاز بلوک‌های متصل به هم نمایش داده شود.

در شکل زیر دو عنصر با تابع انتقال Gone(s) و Gtwo(s) نمایش داده شده است. که Gone(s) تابع انتقال عنصر اول و Gtwo(s) تابع انتقال عنصر دوم سیستم است.

نمودار همچنین نشان می‌دهد که مسیر بازخوردی وجود دارد که سیگنال خروجی C(s) به آن ورودی R(s) مقایسه می‌شود. تفاوت بین ورودی و خروجی سیگنال عملیاتی یا خطای سیگنال است.

در هر بلوک نمودار، خروجی و ورودی با یک تابع انتقال به هم مرتبط هستند. که تابع انتقال به صورت زیر است:

که در آن C(s) خروجی و R(s) ورودی آن بلوک خاص است.

یک سیستم کنترل پیچیده شامل چندین بلوک است. هر یک از آنها تابع انتقال خود را دارد. اما تابع انتقال کلی سیستم نسبت تابع انتقال خروجی نهایی به تابع انتقال ورودی اولیه سیستم است.

این تابع انتقال کلی سیستم می‌تواند با ساده‌سازی سیستم کنترل با ترکیب این بلوک‌های فردی، یکی پس از دیگری، به دست آید.

تکنیک ترکیب این بلوک‌ها به عنوان تکنیک کاهش نمودار بلوکی شناخته می‌شود.

برای اجرای موفق این تکنیک، برخی قوانین برای کاهش نمودار بلوکی باید رعایت شود.

بیایید این قوانین را یکی پس از دیگری برای کاهش نمودار بلوکی سیستم کنترل بحث کنیم. اگر می‌خواهید مطالعه‌ای درباره سیستم‌های کنترل انجام دهید، به سوالات چندگزینه‌ای سیستم‌های کنترل ما مراجعه کنید.

اگر تابع انتقال ورودی سیستم کنترل R(s) و خروجی متناظر C(s) باشد و تابع انتقال کلی سیستم کنترل G(s) باشد، سپس سیستم کنترل می‌تواند به صورت زیر نمایش داده شود:

نقطه برداشت در نمودار بلوکی سیستم کنترل

وقتی که نیاز داریم یک ورودی یا همان ورودی را به بیش از یک بلوک اعمال کنیم، از چیزی که به عنوان نقطه برداشت شناخته می‌شود استفاده می‌کنیم.

این نقطه جایی است که ورودی بیش از یک مسیر برای انتشار دارد. توجه داشته باشید که ورودی در یک نقطه تقسیم نمی‌شود.

بلکه به جای آن، ورودی از طریق تمام مسیرهای متصل به آن نقطه بدون تاثیر گذاشتن بر مقدارش منتشر می‌شود.

بنابراین، سیگنال‌های ورودی مشابه می‌توانند به بیش از یک سیستم یا بلوک با داشتن یک نقطه برداشت اعمال شوند.

یک سیگنال ورودی مشترک نمایانگر بیش از یک بلوک از یک سیستم کنترل با یک نقطه مشترک انجام می‌شود، همانطور که در شکل زیر با نقطه X نشان داده شده است.

بلوک‌های پیاپی

وقتی که چندین سیستم یا بلوک‌های کنترل به صورت پیاپی متصل می‌شوند، تابع انتقال کل سیستم حاصلضرب توابع انتقال همه بلوک‌های فردی خواهد بود.

اینجا همچنین باید به خاطر داشته باشیم که خروجی هر بلوک توسط حضور بلوک‌های دیگر در سیستم پیاپی تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد.

حالا، از نمودار مشاهده می‌شود که،

که G(s) تابع انتقال کلی سیستم کنترل پیاپی است.

نقطه‌های جمع‌کننده در نمودار بلوکی سیستم کنترل