22.1 : Elementy schematów blokowych

Schematy blokowe służą jako wizualna reprezentacja relacji wejścia-wyjścia w systemie. Ilustrującym przykładem jest system ogrzewania, w którym ustawiona temperatura aktywuje piec, aby ogrzać pomieszczenie do pożądanego poziomu. Schematy blokowe są wszechstronne, modelując układy liniowe za pomocą zmiennych transformacji Laplace'a i układy nieliniowe za pomocą zmiennych dziedziny czasu.

Schemat blokowy zazwyczaj zawiera podstawowe elementy, takie jak komparatory, bloki i pętle sprzężenia zwrotnego. Każdy z tych elementów jest reprezentowany przez określone równania. Komparatory działają jako punkty połączeń, w których porównywane są sygnały, wykonując podstawowe operacje matematyczne, takie jak dodawanie i odejmowanie. To porównanie jest kluczowe w systemach sterowania w celu generowania sygnałów błędów, które napędzają działania korygujące.

Bloki w schemacie blokowym przedstawiają równania systemu w dziedzinie czasu lub jako funkcje przejścia w dziedzinie częstotliwości. W systemach sterowania bloki te symbolizują różne komponenty, takie jak instalacje, regulatory, siłowniki i czujniki. W poprzednim przykładzie komparator porównywałby ustawioną temperaturę z temperaturą zmierzoną i włączał i wyłączał piec, w zależności od potrzeb. W innym przykładzie instalacja przedstawia główny proces lub system, który jest kontrolowany, podczas gdy regulator dostosowuje dane wejściowe do instalacji na podstawie sprzężenia zwrotnego. Siłowniki przekształcają sygnały sterujące na działania fizyczne, a czujniki mierzą dane wyjściowe, zapewniając sprzężenie zwrotne do systemu.

W systemie sterowania sprzężeniem zwrotnym zmienna kontrolowana jest stale porównywana z wejściem referencyjnym w celu wytworzenia sygnału błędu. Ten sygnał błędu aktywuje siłownik, który działa w celu zminimalizowania błędu. Czujnik w systemie konwertuje wyjście fizyczne z powrotem na sygnał, który można porównać z wejściem referencyjnym. Sprzężenie zwrotne może być dodatnie lub ujemne, wpływając na stabilność i reakcję systemu.

Schematy blokowe mogą zawierać elementy systemów sterowania sprzężeniem zwrotnym ułożone w konfiguracjach szeregowych lub równoległych. Całkowita funkcja przejścia systemu jest określana przez łączenie indywidualnych funkcji przejścia bloków. Proces ten obejmuje algebraiczną manipulację równaniami bloków w celu wyprowadzenia zachowania systemu. Zrozumienie funkcji przejścia jest kluczowe dla analizy wydajności i stabilności systemu, zapewniając, że spełnia on pożądane specyfikacje.