Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển (Hàm chuyển, Giảm, Điểm tổng và Cách đọc chúng)
Sơ đồ khối trong hệ thống điều khiển là gì?
Sơ đồ khối được sử dụng để biểu diễn hệ thống điều khiển dưới dạng sơ đồ. Nói cách khác, biểu diễn thực tế của hệ thống điều khiển chính là sơ đồ khối. Mỗi phần tử của hệ thống điều khiển được biểu diễn bằng một khối và khối đó là biểu diễn tượng trưng của hàm truyền của phần tử đó.
Không phải lúc nào cũng tiện lợi để rút ra toàn bộ hàm truyền của một hệ thống điều khiển phức tạp trong một hàm duy nhất. Dễ dàng hơn khi rút ra hàm truyền của các phần tử điều khiển kết nối với hệ thống riêng biệt.
Mỗi khối sau đó đại diện cho hàm truyền của mỗi phần tử, và chúng được kết nối theo đường đi của tín hiệu.
Sơ đồ khối được sử dụng để đơn giản hóa các hệ thống điều khiển phức tạp. Mỗi phần tử của hệ thống điều khiển được biểu diễn bằng một khối, và khối đó là biểu diễn tượng trưng của hàm truyền của phần tử đó. Một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh có thể được biểu diễn bằng số lượng khối liên kết cần thiết.
Hình dưới đây cho thấy hai phần tử có hàm truyền Gone(s) và Gtwo(s). Trong đó Gone(s) là hàm truyền của phần tử đầu tiên và Gtwo(s) là hàm truyền của phần tử thứ hai của hệ thống.
Sơ đồ cũng cho thấy có một đường hồi tiếp thông qua đó tín hiệu đầu ra C(s) được phản hồi và so sánh với tín hiệu đầu vào R(s). Sự chênh lệch giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra là tín hiệu tác động hoặc tín hiệu lỗi.
Trong mỗi khối của sơ đồ, tín hiệu đầu ra và đầu vào được liên kết với nhau bởi hàm truyền. Trong đó hàm truyền là:
Trong đó C(s) là tín hiệu đầu ra và R(s) là tín hiệu đầu vào của khối cụ thể đó.
Một hệ thống điều khiển phức tạp bao gồm nhiều khối. Mỗi khối có hàm truyền riêng. Nhưng hàm truyền tổng thể của hệ thống là tỷ số giữa hàm truyền của đầu ra cuối cùng đến hàm truyền của đầu vào ban đầu của hệ thống.
Hàm truyền tổng thể của hệ thống này có thể được tính bằng cách đơn giản hóa hệ thống điều khiển bằng cách kết hợp các khối riêng lẻ, từng cái một.
Phương pháp kết hợp các khối này được gọi là phương pháp giảm thiểu sơ đồ khối.
Để thực hiện thành công phương pháp này, cần tuân theo một số quy tắc giảm thiểu sơ đồ khối.
Hãy thảo luận về các quy tắc này, từng cái một, để giảm thiểu sơ đồ khối hệ thống điều khiển. Nếu bạn muốn tìm hiểu về hệ thống điều khiển, hãy xem các câu hỏi trắc nghiệm về hệ thống điều khiển của chúng tôi.
Nếu hàm truyền của đầu vào hệ thống điều khiển là R(s) và đầu ra tương ứng là C(s), và hàm truyền tổng thể của hệ thống điều khiển là G(s), thì hệ thống điều khiển có thể được biểu diễn như sau:
Điểm lấy tín hiệu trong sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Khi chúng ta cần áp dụng một hoặc cùng một tín hiệu đầu vào cho nhiều khối, chúng ta sử dụng điểm được gọi là điểm lấy tín hiệu.
Điểm này là nơi tín hiệu đầu vào có nhiều hơn một đường để lan truyền. Lưu ý rằng tín hiệu đầu vào không bị chia tại một điểm.
Thay vào đó, tín hiệu đầu vào lan truyền qua tất cả các đường kết nối với điểm đó mà không ảnh hưởng đến giá trị của nó.
Do đó, cùng một tín hiệu đầu vào có thể được áp dụng cho nhiều hệ thống hoặc khối bằng cách có một điểm lấy tín hiệu.
Một tín hiệu đầu vào chung đại diện cho nhiều khối của hệ thống điều khiển được thực hiện bằng một điểm chung, như được hiển thị trong hình dưới đây với điểm X.
Các khối nối tiếp
Khi nhiều hệ thống hoặc khối điều khiển được kết nối theo cách nối tiếp, hàm truyền tổng thể của hệ thống sẽ là tích của hàm truyền của tất cả các khối riêng lẻ.
Cũng cần nhớ rằng đầu ra của bất kỳ khối nào cũng sẽ không bị ảnh hưởng bởi sự tồn tại của các khối khác trong hệ thống nối tiếp.
Bây giờ, từ sơ đồ, ta thấy rằng,
Trong đó G(s) là hàm truyền tổng thể của hệ thống điều khiển nối tiếp.
Điểm cộng trong sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Thay vì áp dụng một tín hiệu đầu vào duy nhất cho các khối khác nhau, như trong trường hợp trước, có thể có tình huống mà các tín hiệu đầu vào khác nhau được áp dụng cho cùng một khối.
Ở đây, tín hiệu đầu vào kết quả là tổng của tất cả các tín hiệu đầu vào được áp dụng. Tổng của các tín hiệu đầu vào được biểu diễn bằng một điểm gọi là điểm cộng, được hiển thị trong hình dưới đây bằng vòng tròn gạch chéo.
Ở đây R(s), X(s) và Y(s) là các tín hiệu đầu vào. Cần chỉ rõ dấu chỉ định tín hiệu đầu vào đi vào điểm cộng trong sơ đồ khối hệ thống điều khiển.
