Schemat blokowy systemów sterowania (funkcje przekazania redukcja punkty sumujące i sposób ich odczytywania)

Co to jest diagram blokowy w systemie sterowania?

Diagram blokowy służy do reprezentacji systemu sterowania w formie schematu. Innymi słowy, praktyczna reprezentacja systemu sterowania to jego diagram blokowy. Każdy element systemu sterowania jest przedstawiony jako blok, a blok to symboliczna reprezentacja transmitancji tego elementu.

Nie zawsze jest wygodnie wyprowadzać całą transmitancję skomplikowanego systemu sterowania w jednej funkcji. Łatwiej jest wyprowadzić transmitancje elementu sterującego podłączonego do systemu osobno.

Każdy element reprezentowany jest przez blok, który symbolizuje jego transmitancję, a następnie są one połączone ścieżką przepływu sygnału.

Diagramy blokowe służą do uproszczenia skomplikowanych systemów sterowania. Każdy element systemu sterowania jest reprezentowany przez blok, a blok to symboliczna reprezentacja transmitancji tego elementu. Pełny system sterujący może być reprezentowany przez odpowiednią liczbę wzajemnie połączonych bloków.

Na poniższym rysunku przedstawiono dwa elementy o transmitancjach Gone(s) i Gtwo(s). Gdzie Gone(s) to transmitancja pierwszego elementu, a Gtwo(s) to transmitancja drugiego elementu systemu.

Na diagramie widać, że istnieje ścieżka sprzężenia zwrotnego, przez którą sygnał wyjściowy C(s) jest podawany wstecz i porównywany z sygnałem wejściowym R(s). Różnica między sygnałem wejściowym a wyjściowym stanowi sygnał sterujący lub sygnał błędu.

W każdym bloku diagramu sygnały wejściowe i wyjściowe są powiązane ze sobą za pomocą transmitancji. Transmitancja ma postać:

Gdzie C(s) to sygnał wyjściowy, a R(s) to sygnał wejściowy danego bloku.

Skomplikowany system sterowania składa się z wielu bloków. Każdy z nich ma swoją własną transmitancję. Jednak całkowita transmitancja systemu to stosunek transmitancji końcowego wyjścia do transmitancji początkowego wejścia systemu.

Całkowitą transmitancję systemu można uzyskać, upraszczając system sterowania poprzez łączenie tych indywidualnych bloków, jeden po drugim.

Technika łączenia tych bloków nazywana jest techniką redukcji diagramu blokowego.

Aby ta technika była skutecznie zaimplementowana, należy przestrzegać pewnych reguł redukcji diagramu blokowego.

Przyjrzyjmy się tym regułom, jedną po drugiej, dla redukcji diagramu blokowego systemu sterowania. Jeśli chcesz zgłębić temat systemów sterowania, sprawdź nasze pytania wielokrotnego wyboru dotyczące systemów sterowania.

Jeśli transmitancja wejścia systemu sterowania wynosi R(s), a odpowiadające jej wyjście to C(s), a całkowita transmitancja systemu sterowania to G(s), to system sterowania można przedstawić jako:

Punkt pobierania w diagramie blokowym systemu sterowania

Gdy potrzebujemy zastosować ten sam sygnał wejściowy do więcej niż jednego bloku, używamy tak zwanego punktu pobierania.

Ten punkt to miejsce, gdzie sygnał wejściowy ma więcej niż jedną ścieżkę do propagacji. Należy zauważyć, że sygnał wejściowy nie jest dzielony w tym punkcie.

Zamiast tego, sygnał wejściowy propaguje się przez wszystkie ścieżki połączone z tym punktem, bez wpływu na jego wartość.

Dzięki temu, ten sam sygnał wejściowy może być zastosowany do więcej niż jednego systemu lub bloku, mając punkt pobierania.

Wspólny sygnał wejściowy reprezentujący więcej niż jeden blok systemu sterowania jest realizowany przez wspólny punkt, jak pokazano na poniższym rysunku z punktem X.

Bloki kaskadowe

Gdy kilka systemów lub bloków sterujących jest połączonych w sposób kaskadowy, całkowita transmitancja systemu będzie iloczynem transmitancji wszystkich indywidualnych bloków.

Warto pamiętać, że wyjście każdego bloku nie będzie wpływać na obecność innych bloków w systemie kaskadowym.

Zobaczmy teraz, co wynika z diagramu, mianowicie:

Gdzie G(s) to całkowita transmitancja systemu sterowania kaskadowego.

Punkty sumowania w diagramie blokowym systemu sterowania

Zamiast stosowania pojedynczego sygnału wejściowego do różnych bloków, jak w poprzednim przypadku, może wystąpić sytuacja, w której różne sygnały wejściowe są zastosowane do tego samego bloku.

Wtedy rezultujący sygnał wejściowy to suma wszystkich sygnałów wejściowych zastosowanych. Sumowanie sygnałów wejściowych jest reprezentowane przez punkt zwany punktem sumowania, pokazany na poniższym rysunku przez skrzyżowany okrąg.

R(s), X(s) i Y(s) to sygnały wejściowe. Jest konieczne określenie sygnału wejściowego wchodzącego do punktu sumowania w diagramie blokowym systemu sterowania.