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22.6 : 信号流图

信号流图提供了一种简化且直观的方法来表示控制系统,为传统框图提供了另一种选择。这些图使用分支来表示系统,使用节点来表示信号,有效地说明了系统内的关系和相互作用。

在信号流图中,分支表示系统的传递函数,而节点表示信号。信号流的方向用箭头表示,相应的传递函数写在每个箭头旁边。与框图不同,框图中的求和结点包含负号以表示减法,而信号流图将这些负号直接合并到传递函数中。

将框图转换为信号流图的第一步是识别系统信号。然后,这些信号被表示为信号流图中的节点。识别并绘制系统中每个信号的第一个节点是这一转换过程中的关键。然后,用表示系统传递函数的分支将这些节点连接起来,确保准确描绘信号流的方向。

例如,在具有多个反馈回路的框图中:

  1. 首先为反馈回路中的每个信号建立节点。
  2. 用表示传递函数及其方向的分支将节点链接起来。框图中求和结点处的负号被纳入信号流图中的传递函数中。

将框图转换为信号流图的最后一步是简化图。简化是通过消除只有一个传入分支和一个传出分支的中间信号来实现的,从而降低图的复杂性并使其更易于分析。

一旦建立了信号流图,就可以应用梅森公式计算系统的传递函数。这涉及:

  1. 确定从输入到输出节点的所有可能的前向路径并计算它们的增益。
  2. 识别所有环路及其增益,并确定哪些环路是非接触的。
  3. 使用交替的环路增益和非接触环路增益之和来计算 Δ。Δ_k 通过排除与第 k 个前向路径相交的环路增益计算。
  4. 将这些值代入梅森公式即可获得传递函数。

通过将框图转换为信号流图,可以更有效地分析控制系统,利用梅森公式提供的系统方法来确定传递函数。

Tags

Signal flow GraphsControl SystemsBlock DiagramsTransfer FunctionsNodesBranchesSignal FlowFeedback LoopsMason s RuleSystem AnalysisSimplificationGainsNon touching LoopsConversion Process

来自章节 22:

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