2.2. Структурная схема автоматической системы. Преобразование структурных схем.
Структурная схема — это совокупность элементарных звеньев объекта и связей между ними, один из видов графической модели. Под элементарным звеном понимают часть объекта, системы управления и т. д., которая реализует элементарную функцию.
Элементарные звенья изображаются прямоугольниками, а связи между ними — сплошными линиями со стрелками, показывающими направление действия звена. Иногда в поле прямоугольника вписывают математическое выражение закона преобразования сигнала в звене, в этом случае схему иногда называют алгоритмической.
В схемотехнике вместе со структурной различают также принципиальную и функциональную схему. Среди всех этих схем структурная наименее детализирована.
Она предназначена для отражения общей структуры устройства, то есть его основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство и что оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части. Обозначение структурной схемы могут быть достаточно свободными, хотя некоторые общепринятые правила всё же лучше выполнять[1].
Структурная схема АС отличается от функциональной тем, что она дает полное математическое описание системы, но не обязательно должна соответствовать структуре описываемой системы. Элемент структурной схемы не обязательно соответствует реальному элементу АС.
(Иванов А. А. Теория автоматического управления: Учебник. — М.: Национальный горный университет. — 2003. — 250 с.)
При наличии большого числа элементов в системе пользуются структурным методом, согласно которому уравнение всей системы получают на основе алгоритмической схемы при помощи нескольких простых правил.
Сущность метода состоит в том, что по известным передаточным функциям отдельных элементов системы, представляющих собой детектирующие звенья однонаправленного действия, используя правила последовательного, параллельного и встречно-параллельного (с обратной связью) соединений звеньев, получают эквивалентную передаточную функцию, или передаточную функцию эквивалентного звена. В результате получают одноконтурную замкнутую цепочку, состоящую из нескольких эквивалентных звеньев.
Причем эта цепочка может иметь несколько входов и несколько выходов. Далее согласно одноконтурной схеме записывают передаточные функции между разомкнутыми входами и выходами системы.
Структурные преобразования схем являются допустимыми, если они сохраняют неизменными все входные и выходные сигналы системы.
2.2.1 Определение передаточной функции цепочки последовательно соединенных элементов
При последовательном соединении элементов выходной сигнал каждого предшествующего элемента является входным сигналом последующего элемента (рис.2.2).
Рис.2.2. Последовательное соединение звеньев
2.13
2.2.2 Определение передаточной функции цепочки параллельно соединенных элементов
Параллельным соединением звеньев называется такое соединение, при котором на выход всех элементов поступает одно и то же воздействие, а их выходные величины алгебраически суммируются (рис.2.3):
Рис.2.3. Параллельное соединение звеньев
2.14