background image

Schematy blokowe układów automatyki 

Schematy blokowe układów automatyki 

POJ CIA PODSTAWOWE 

Aby przedstawi  w sposób czytelny i prosty, a jednocze nie dokładny zale no  

pomi dzy  poszczególnymi  członami  układów  regulacji,  posługujemy  si   tak 
zwanymi  schematami  blokowymi.  Na  schemacie  blokowym  wszystkie  człony 
przedstawione s  w formie prostok tów, zwanych blokami. 

Opis  znajduj cy  si   wewn trz  bloku  (albo  obok  niego)  podaje  podstawowe 

wła ciwo ci  członu.  Opis  ten  mo e  by   tekstem,  wzorem  matematycznym  lub 
wykresem. Opis informuje, w jaki sposób przekształcone s  sygnały wprowadzone na 
wej cie  członu,  na  sygnały  otrzymywane  na  wyj ciu  członu  i  jakie  s   zale no ci 
mi dzy nimi. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Elementy strukturalne schematu blokowego: 

 a) blok, b) w zeł informacyjny, c) w zeł sumacyjny,  

X - sygnał wej ciowy(wymuszenie), Y - sygnał wyj ciowy (odpowied ),  

G - transmisja bloku 

X(s)

Y(s)

G(s)

a)

b)

X(s)

X(s)

X(s)

c)

X

1

(s)

X

2

(s)

X

3

(s)

+

background image

Schematy blokowe układów automatyki 

Schematy blokowe układów automatyki 

W schemacie blokowym wyró niamy trzy rodzaje elementów: 

 

blok (człon) – opisany odpowiedni  transmitancj  G(s); 

 

w zeł  informacyjny  –  punkt,  do  którego  doprowadza  si   sygnał  i  z 
którego  odprowadza  si   sygnały  za  pomoc   dowolnej  liczby 
odprowadze   (sygnały  zwi zane  z  w złem  informacyjnym  s  
identyczne); 

 

w zeł  sumacyjny  –  punkt  do  którego  doprowadza  si   dowoln   liczb  
sygnałów i z którego odprowadza si  sygnał b d cy sum  algebraiczn  
sygnałów dochodz cych do tego w zła sumacyjnego. 

Dla  bloku  słuszne  jest  równanie  wi

ce  transformat   sygnału  wyj ciowego 

(odpowied )  z  transformat   sygnału  wej ciowego  (wymuszeniem)  przez 
transmitancje bloku. 

X(s)

 

 

G(s)

 

 

Y(s)

+

=

 

gdzie: 

s = 

δ + jω 

- operator transmitancji;  

X(s) - transformata sygnału wej ciowego (sygnał operatorowy wyj ciowy);  

Y(s) - transformata sygnału wyj ciowego (sygnał operatorowy wyj ciowy);  

G(s) - transmitancja operatorowa 

Dla w zła informacyjnego sygnał doprowadzony do w zła i sygnały odchodz ce 

od w zła s  takie same. 

Dla w zła sumacyjnego obowi zuje równanie: 

(s)

X

(s)

X

 

 

(s)

X

3

1

2

±

=

 

W w le sumacyjnym tworzy si  sum  lub ró nic  sygnałów (uchyb). 
Przy  przechodzeniu  przez  kolejne  człony  układu  regulacji  sygnał  ulega 

przekształceniom.  Zmianom  ulega  posta   fizyczna  sygnału,  jego  warto ,  a  tak e 
przebieg w czasie. 

background image

Schematy blokowe układów automatyki 

Schematy blokowe układów automatyki 

Z  punktu  widzenia  automatyki  najistotniejszy  jest  sposób  przekształcania 

sygnału  wej ciowego  na  sygnał  wyj ciowy.  Zale no ci  mi dzy  sygnałem 
wej ciowym  i  wyj ciowym  mog   by   podawane  w  postaci  zale no ci 
matematycznych albo w postaci charakterystyk. 

Rozró niamy  charakterystyki  statyczne,  podaj ce  zale no   mi dzy  warto ci  

ustalon   sygnału  wyj ciowego,  a  warto ci   ustalon   sygnału  wej ciowego,  oraz 
charakterystyki  dynamiczne  okre laj ce  wła ciwo ci  dynamiczne  bloków. 
Charakterystyki dynamiczne okre laj  zachowanie si  bloków w stanach ustalonych, 
przy  zmieniaj cych  si   warto ciach  sygnałów  wej ciowych.  Wzory  analitycznie 
podaj  zale no ci mi dzy sygnałami wej ciowymi i wyj ciowymi bloków (członów) 
i opisuj ce ich wła ciwo ci statyczne i dynamiczne nazywane s  transmitancjami. 

Tworzenie schematu blokowego układu regulacji:  

1 - obiekt regulacji, 2 - regulator, 3 - człon pomiarowy, 4 - człon wykonawczy 

W  układach  regulacji  automatycznej  bardzo  wa ne  s   zale no ci  czasowe 

mi dzy sygnałami wyj ciowymi, a sygnałami wej ciowymi. We wszystkich blokach, 
które  b d   rozpatrywane,  sygnał  na  wyj ciu  bloku  powstaje  jako  skutek  sygnału 
wprowadzonego na jego wej cie. 

ci nienie

E=x

0

-x

temperatura

strumie  gazu

x

0

x

siła

Q

T

T

t

2

4

1

3

ε=x

0

-x

background image

Schematy blokowe układów automatyki 

Schematy blokowe układów automatyki 

Oczywiste jest,  e skutek nie mo e wyst pi  wcze niej ni  przyczyna, która go 

powoduje,  i  e  sygnał  wyj ciowy  mo e  by   opó niony  w  stosunku  do  sygnału 
wej ciowego  lub  co  najwy ej  oba  te  sygnały  mog   si   pojawi   jednocze nie. 
Jednocze nie (czyli bez opó nienia) nale y rozumie  w ten sposób,  e dla pewnych 
członów w okre lonym układzie mo na pomin  wprowadzone opó nienie. Poj cie 
równoczesno ci  jest  poj ciem  wzgl dnym  i  mo e  si   zdarzy ,  e  ten  sam  blok  w 
ró nych układach musi by  traktowany odmiennie. 

Przykłady układów 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Schematy blokowe elementów biernych 

I

R

U

I

U

U

I

R

1

R

I

L

U

I

U

U

I

sL

I

C

U

I

U

U

I

I

U

I

U

U

I

1

sL

1

sC

sC

lub

lub

lub

lub

sC

1+S

2

LC

sL +

1

sC

C

L

background image

Schematy blokowe układów automatyki 

Schematy blokowe układów automatyki 

Reguły upraszczania schematów blokowych 

Poł czenie kaskadowe (szeregowe) elementów, bloków 

Je eli sygnał wychodz cy z jednego bloku jest sygnałem wchodz cym do bloku 

nast pnego takie bloki s  poł czone kaskadowo (szeregowo, ła cuchowo). 

 
 

 

Poł czenie szeregowe bloków 

Podstawowe zale no ci 

)

s

(

X

)

s

(

Z

)

s

(

G

1

=

               

)

s

(

Z

)

s

(

Y

)

s

(

G

2

=

)

s

(

X

)

s

(

Y

)

s

(

G

=

             

)

s

(

G

)

s

(

Z

)

s

(

X

1

=

 

)

s

(

Z

)

s

(

G

)

s

(

Y

2

=

 

)

s

(

X

)

s

(

Y

)

s

(

G

=

 

)

s

(

G

)

s

(

G

)

s

(

Z

)

s

(

G

)

s

(

Z

)

s

(

G

)

s

(

G

)

s

(

Z

)

s

(

Z

)

s

(

G

)

s

(

G

2

1

1

2

1

2

=

=

=

 

)

s

(

G

)

s

(

G

)

s

(

G

2

1

=

 

Przy  poł czeniu  kaskadowym  bloków  transmitancja  bloku  zast pczego  jest 

równa iloczynowi transmitancji bloków zast pczych.  

Dla „n” liczby bloków transmitancja zast pcza wynosi: 

=

=

n

1

i

i

)

s

(

G

)

s

(

G

 

X(s)

Z(s)

Y(s)

X(s)

Y(s)

G(s)

G

2

(s)

G

1

(s)

background image

Schematy blokowe układów automatyki 

Schematy blokowe układów automatyki 

Poł czenie równoległe bloków 

Je eli  bloki  s   tak  poł czone,  e  sygnał  wej ciowy  ka dego  bloku  jest 

identyczny,  a  sygnały  wyj ciowe  bloków  dodaj   si   lub  odejmuj ,  to  mówimy,  e 
takie  bloki  s   poł czone  równolegle.  Na  wej ciu  układu  równoległego  jest  w zeł 
zaczepowy, a na wyj ciu w zeł sumacyjny. 

Poł czenie równoległe. 

Podstawowe zale no ci: 

(s)

Y

 

 

(s)

Y

 

 

Y(s)

2

1

+

=

 

X(s)

 

 

(s)

G

 

 

(s)

Y

1

1

+

=

 

X(s)

 

 

(s)

G

 

 

(s)

Y

2

2

+

=

 

X(s)

 

 

(s))

G

 

 

(s)

(G

 

 

Y(s)

2

1

+

+

=

 

)

s

(

G

)

s

(

G

)

s

(

X

X(s)

 

 

(s))

G

 

 

(s)

(G

 

)

s

(

X

)

s

(

Y

)

s

(

G

2

1

2

1

±

=

+

+

=

=

 

Przy  poł czeniu  równoległym  bloków  transmitancja  bloku  zast pczego  jest 

równa sumie transmitancji bloków składowych. 

Dla "n" liczby bloków transmitancja zast pcza wynosi: 

=

=

n

1

l

i

)

s

(

G

)

s

(

G

 

G

1

(s)

X(s)

G

2

(s)

X(s)

X(s)

Y

1

(s)

Y

2

(s)

Y(s)

G(s)

X(s)

Y(s)

background image

Schematy blokowe układów automatyki 

Schematy blokowe układów automatyki 

Przenoszenie w zła informacyjnego 

W  czasie  upraszczania  schematów  blokowych  niekiedy  potrzebne  jest 

przeniesienie  w zła  informacyjnego  z  wyj cia  na  wej cie  lub  z  wej cia  na  wyj cie 
układu. 

 

 

 

Przenoszenie w zła informacyjnego: a) z wej cia, b) na wyj cie. 

 

 

 

 

Przenoszenie w zła informacyjnego: a) z wej cia, b) na wyj cie. 

 

 

 

X(s)

Y(s)

Y(s)

G(s)

Y(s)

Y(s)

 

G(s)

G(s)

X(s)

X(s)

 

X(s)

Y(s)

G(s)

X(s) X(s)

X(s)

 

G(s)

Y(s)

Y(s)

X(s)

1

G(s)

a

b

a

b

background image

Schematy blokowe układów automatyki 

Schematy blokowe układów automatyki 

Przenoszenie w zła sumacyjnego 

Podobnie jak w zeł informacyjny, mo na przenie  z wyj cia na wej cie oraz z 

wej cie na wyj cie równie  w zeł sumacyjny. 

 

 

 

 

Przenoszenie w zła sumacyjnego: a) z wyj cia, b) na wej cie 

)

s

(

X

)

s

(

G

)

s

(

X

)

s

(

Y

2

1

±

=

 

]

)

s

(

G

1

)

s

(

X

)

s

(

X

[

)

s

(

G

)

s

(

Y

2

1

±

=

 

)

s

(

X

)

s

(

X

)

s

(

G

)

s

(

Y

2

1

±

=

 

 
 

 

 

 

Przenoszenie w zła sumacyjnego: a) z wej cia,  b) na wyj cie 

)

s

(

X

)

s

(

X

)

s

(

X

2

1

±

=

 

)

s

(

X

)

s

(

G

)

s

(

Y

=

 

)]

s

(

X

)

s

(

X

)[

s

(

G

)

s

(

Y

2

1

±

=

 

Y(s)

X

1

(s)

X

2

(s)

G(s)

X

2

(s)

1

G(s)

X

1

(s)

Y(s)

G(s)

±

±

a

b

X

1

(s)

G(s)

X

2

(s)

X

1

(s)

X

2

(s)

G(s)

G(s)

Y(s)

a

b

background image

Schematy blokowe układów automatyki 

Schematy blokowe układów automatyki 

Schemat blokowy ze sprz eniem zwrotnym 

Schemat blokowy ze sprz eniem zwrotnym 

Podstawowe zale no ci: 

(s)

X

 

(s)

G

 

 

Y(s)

1

1

=

;           

Y(s)

 

 

(s)

G

 

 

(s)

X

2

2

=

 

Dla w zła sumacyjnego: 

)

(

X

 

X(s)

 

 

(s)

X

2

1

s

±

=

 

W wyniku przekształce  otrzymamy: 

)]

s

(

X

 

[X(s)

 

(s)

G

 

 

Y(s)

2

1

±

=

 

Y(s)]

 

 

(s)

G

 

 

[X(s)

 

(s)

G

 

 

Y(s)

2

1

±

=

 

Y(s)

 

 

(s)

G

(s)

G

 

 

X(s)

 

 

(s)

G

 

 

Y(s)

2

1

1

±

=

 

X(s)

 

 

(s)

G

 

 

Y(s)

 

 

(s)

G

 

 

(s)

G

Y(s)

1

2

1

=

±

 

X(s)

 

 

(s)

G

 

 

(s)]

G

 

 

(s)

G

 

[1

 

Y(s)

1

2

1

=

±

 

)

s

(

X

(s)

G

 

 

(s)

G

 

1

)

s

(

G

)

s

(

Y

2

1

1

±

=

 

(s)

G

  

(s)

G

 

1

)

s

(

G

)

s

(

X

)

s

(

Y

)

s

(

G

2

1

1

±

=

=

 

Je eli  do  w zła  sumacyjnego  jest  wprowadzony  sygnał  z  gał zi  sprz enia 

zwrotnego  ze  znakiem  minus,  to  sprz enie  zwrotne  jest  ujemne,  je eli  za   ze 
znakiem plus, to sprz enie zwrotne jest dodatnie. 

G

1

(s)

G

2

(s)

X(s)

X

1

(s)

X

2

(s)

Y(s)

G(s)

X(s)

Y(s)

background image

Schematy blokowe układów automatyki 

Schematy blokowe układów automatyki 

Sztywne sprz enie zwrotne 

Schemat blokowy układu ze sztywnym sprz eniem zwrotnym 

Niekiedy mamy do czynienia ze sprz eniem zwrotnym bezpo rednio, to znaczy 

sygnał  wyj ciowy  z  toru  głównego  zostaje  bezpo rednio  wprowadzony  do  w zła 
sumacyjnego na wyj ciu. Oznacza to,  e G

2

(s) = 1. Wtedy: 

)

s

(

G

1

)

s

(

G

)

s

(

G

1

1

±

=

 

 

G

1

(s)

X(s)

X

1

(s)

Y(s)

G(s)

X(s)

Y(s)