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22.6 : シングルフローグラフ

信号フローグラフは、従来のブロック図に代わる、制御システムを表現する合理的で直感的なアプローチを提供します。これらのグラフでは、ブランチを使用してシステムを、ノードを使用して信号を表現し、システム内の関係と相互作用を効果的に示します。

信号フローグラフでは、ブランチはシステムの伝達関数を表し、ノードは信号を表します。信号フローの方向は矢印で示され、対応する伝達関数が各矢印の隣に記述されます。ブロック図では加算ジャンクションに減算を表す負の符号が含まれますが、信号フローグラフではこれらの負の符号が伝達関数に直接組み込まれます。

ブロック図を信号フローグラフに変換する最初の手順は、システム信号を識別することです。これらの信号は、信号フロー グラフのノードとして表されます。システム内の各信号の最初のノードを識別して描画することは、この変換プロセスで非常に重要です。次に、これらのノードをシステムの伝達関数を表すブランチに接続し、信号フローの方向が正確に表されるようにします。

たとえば、複数のフィードバックループを含むブロック図では次のようになります。

  1. まず、フィードバックループ内の各信号のノードを確立します。
  2. 伝達関数とその方向を捉えるブランチにノードをリンクします。ブロック図の合計ジャンクションの負の符号は、信号フロー グラフ内の伝達関数に組み込まれます。

ブロック図を信号フローグラフに変換する最後の手順は、グラフを簡素化することです。この簡素化は、入力ブランチと出力ブランチが 1 つしかない中間信号を削除することで実現され、グラフの複雑さが軽減され、分析が容易になります。

信号フロー グラフが確立されると、メイソンの法則を適用してシステムの伝達関数を計算できます。これには次のものが含まれます。

  1. 入力ノードから出力ノードまでのすべての可能な前方パスを決定し、それらのゲインを計算します。
  2. すべてのループとそのゲインを識別し、どのループが非接触であるかを判断します。
  3. ループゲインと非接触ループゲインの合計を交互に使用して Δ を計算します。Δ_k は、k 番目のフォワードパスと交差するループゲインを除外して計算されます。
  4. これらの値をメイソンの規則に代入して伝達関数を取得します。

ブロック図を信号フローグラフに変換することで、メイソンの法則によって提供される体系的なアプローチを活用して伝達関数を決定し、制御システムをより効率的に分析できます。

タグ

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

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