制御システムのブロック図（伝達関数、還元、加算点および読み方）
制御システムにおけるブロック図とは何か
ブロック図は、制御システムを図形で表現するために使用されます。つまり、制御システムの実際の表現がそのブロック図です。制御システムの各要素はブロックで表され、ブロックはその要素の伝達関数の象徴的な表現です。
複雑な制御システム全体の伝達関数を単一の関数として導出するのは常に便利ではありません。システムに接続された制御要素の伝達関数を個別に導出した方が簡単です。
各要素の伝達関数をブロックで表し、それらを信号フローのパスで接続します。
ブロック図は複雑な制御システムを簡略化するために使用されます。制御システムの各要素はブロックで表され、ブロックはその要素の伝達関数の象徴的な表現です。完全な制御システムは必要な数の相互接続されたブロックで表現できます。
下の図は、伝達関数Gone(s)とGtwo(s)を持つ2つの要素を示しています。ここでGone(s)は最初の要素の伝達関数であり、Gtwo(s)はシステムの2番目の要素の伝達関数です。
図には、出力信号C(s)がフィードバック経路を通じてフィードバックされ、入力R(s)と比較されることも示されています。入力と出力の差は、作用信号または誤差信号として機能します。
図の各ブロックでは、出力と入力は伝達関数によって関連付けられています。ここで伝達関数は：
ここでC(s)は出力、R(s)はその特定のブロックの入力です。
複雑な制御システムはいくつかのブロックで構成されています。それぞれが独自の伝達関数を持っていますが、システム全体の伝達関数は、システムの最終出力の伝達関数とシステムの初期入力の伝達関数の比です。
このシステム全体の伝達関数は、これらの個々のブロックを組み合わせることで、制御システムを簡略化することで得られます。
これらのブロックを組み合わせる技術は、ブロック図簡略化技術と呼ばれます。
この技術の成功した実装には、ブロック図簡略化のためのいくつかのルールを遵守する必要があります。
これらのルールについて、順番に説明します。制御システムのブロック図の簡略化のために。制御システムの勉強をする場合は、制御システムのMCQをご覧ください。
制御システムの入力の伝達関数がR(s)で、対応する出力がC(s)であり、制御システム全体の伝達関数がG(s)であれば、制御システムは次のように表現できます：
制御システムのブロック図における分岐点
同じ入力を複数のブロックに適用する必要がある場合、分岐点を使用します。
この点は、入力が複数のパスを通って伝播する点です。注意すべきは、入力がその点で分割されることはありません。
代わりに入力は、その値に影響を与えることなく、その点に接続されているすべてのパスを通って伝播します。
したがって、分岐点を持つことで、同じ入力信号を複数のシステムまたはブロックに適用することができます。
制御システムの複数のブロックを表す共通の入力信号は、X点で示される共通の点によって行われます。
直列ブロック
複数のシステムまたは制御ブロックが直列に接続されている場合、システム全体の伝達関数はすべての個々のブロックの伝達関数の積になります。
また、直列システム内の他のブロックの存在により、任意のブロックの出力が影響を受けないことも覚えておく必要があります。
図から、以下のことがわかります：
ここでG(s)は直列制御システム全体の伝達関数です。
制御システムのブロック図における合算点
前回の場合のように単一の入力信号を異なるブロックに適用するのではなく、異なる入力信号が同じブロックに適用される場合があります。
ここで、結果の入力信号は適用されたすべての入力信号の合計です。入力信号の合計は、以下の図に示されるように交差円で表されるポイントで表されます。
ここでR(s)、X(s)、Y(s)は入力信号です。制御システムのブロック図において、入力信号が合算点に入る方向を示すために、細かい指定が必要です。
