background image

 
 

Instytut Automatyki 

 

 

 

Zakład Teorii Sterowania 

 

Podstawy automatyki i teoria sterowania 

Krzysztof Marzjan 

 

 

 

background image

 

algebra schematów blokowych 

Algebra schematów blokowych 

 
a. 

Transmitancja operatorowa członów połączonych szeregowo (łańcuchowo) 

 

 
 
 

 

 

 

 

;

)

(

)

(

;

)

(

)

(

;

)

(

)

(

;

)

(

)

(

3

3

3

2

2

2

1

1

1

s

u

s

y

s

G

s

u

s

y

s

G

s

u

s

y

s

G

s

u

s

y

s

G

 

 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

3

2

1

3

3

2

2

1

1

2

3

1

1

2

3

1

2

1

1

2

3

1

3

s

G

s

G

s

G

s

u

s

y

s

u

s

y

s

u

s

y

s

u

s

u

s

u

s

y

s

y

s

y

s

y

s

y

s

u

s

y

s

y

s

y

s

u

s

y

s

u

s

y

s

G

 

)

(

)

(

)

(

)

(

3

2

1

s

G

s

G

s

G

s

G

 

G

1

(s)

 

G

3

(s)

 

G

2

(s)

 

u(s

y(s

u

1

(s

y

1

(s) 

u

3

(s

u

2

(s) 

y

2

(s

y

3

(s

background image

 

algebra schematów blokowych 

+

 

_

 

+

 

_

 

+

 

_

 

b.  Transmitancja operatoro

wa członów połączonych równolegle 

 

 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

;

)

(

)

(

;

)

(

)

(

;

)

(

)

(

;

)

(

)

(

3

3

3

2

2

2

1

1

1

s

u

s

y

s

G

s

u

s

y

s

G

s

u

s

y

s

G

s

u

s

y

s

G

 

 

 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

3

2

1

s

u

s

G

s

G

s

G

s

y

 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

3

2

1

s

G

s

G

s

G

s

G

 

G

1

(s)

 

G

3

(s)

 

G

2

(s)

 

u(s

y(s

y

2

(s

y

3

(s

y

1

(s

u

1

(s

u

2

(s

u

3

(s

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

3

3

2

2

1

1

2

2

1

s

u

s

G

s

u

s

G

s

u

s

G

s

y

s

y

s

y

s

y

background image

 

algebra schematów blokowych 

c. 

Połączenie ze sprzężeniem zwrotnym 

 

 
 
 
 
 
 

 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

2

1

2

1

2

1

s

u

s

G

s

y

s

G

s

G

s

y

s

y

s

G

s

u

s

G

s

y

s

y

s

G

s

u

s

e

s

e

s

G

s

y

 

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

2

1

1

1

2

1

s

G

s

G

s

G

s

u

s

y

s

G

s

u

s

G

s

y

s

G

s

G

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

u(s

y(s

e(s

 

background image

 

algebra schematów blokowych 

Zasady przekszta

łcania schematów blokowych 

 
1. 

przeniesienie węzła sumacyjnego z wyjścia elementu na jego wejście 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

s

x

s

u

s

G

s

y

  

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

s

x

s

u

s

G

s

x

s

G

s

u

s

G

s

y

 

 
2. 

przeniesienie węzła sumacyjnego z wejścia elementu na jego wyjście 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 

 

 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

s

x

s

u

s

G

s

y

 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

s

x

s

u

s

G

s

x

s

G

s

u

s

G

s

y

 

G(s)

 

u(s

y(s

x(s

 

G(s)

 

u(s

y(s

x(s

 

G(s)

 

 

G(s)

 

u(s

y(s

x(s

 

G(s)

 

u(s

y(s

x(s

 

)

(

1

s

G

 

 

background image

 

algebra schematów blokowych 

3. 

przeniesienie węzła informacyjnego z wyjścia elementu na jego wejście 

 

 

 

 

 
 
 
 
 

)

(

)

(

)

(

s

u

s

G

s

y

 

 
 
 
4. 

przeniesienie węzła informacyjnego z wejścia elementu na jego wyjście 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

1

)

(

s

u

s

u

s

G

s

G

s

y

s

G

s

u

 

G(s)

 

u(s

y(s

y(s

G(s)

 

u(s

y(s

y(s

G(s)

 

 

G(s)

 

u(s

y(s

u(s

G(s)

 

u(s

y(s

u(s

)

(

1

s

G

 

 

background image

 

algebra schematów blokowych 

5. 

przeniesienie węzła informacyjnego przed sumator 

 

 

 

 

 
 
 
 
 

)

(

)

(

)

(

s

x

s

u

s

y

 

 
6. 

przeniesienie węzła informacyjnego za sumator 

 

 

 

 

 
 
 
 
 

)

(

)

(

)

(

s

x

s

u

s

y

   

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

s

u

s

x

s

x

s

u

s

x

s

y

 

u(s

y(s

x(s

 

y(s

u(s

y(s

x(s

 

y(s

 

 

 

u(s

x(s

u(s) 

 

y(s

u(s

u(s

x(s

 

y(s

 

background image

 

algebra schematów blokowych 

Przykłady: 
Znajdź transmitancję zastępczą układu: 
1.   

 

 
 
 
 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

3

4

3

2

5

2

1

4

3

2

2

1

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

y(s)

 

u(s)

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

4

3

2

5

2

1

3

2

1

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

y(s)

 

u(s)

 

G

5

(s)

 

G

3

(s)

 

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

4

3

2

2

1

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

y(s)

 

+

 

_

 

u(s)

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

3

(s)

 

)

(

)

(

4

3

s

G

s

G

 

y(s)

 

+

 

_

 

_

 

u(s)

 

G

5

(s)

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

3

(s)

 

G

4

(s)

 

y(s)

 

+

 

_

 

_

 

G

5

(s)

 

u(s)

 

background image

 

algebra schematów blokowych 

2. 

 

 

 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

u(s)

 

y(s)

 

)

(

1

)]

(

)

(

)[

(

1

2

2

3

1

s

G

s

G

s

G

s

G

 

G

1

(s)

 

G

3

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

2

(s)

 

+

 

G

1

(s)

 

G

3

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

_

 

+

 

G

2

(s)

 

+

 

G

2

(s)

 

+

 

u(s)

 

y(s)

 

)]

(

)

(

)[

(

2

3

1

s

G

s

G

s

G

 

+

 

)

(

1

1

2

s

G

 

+

 

background image

 

algebra schematów blokowych 

3. 

 

 
 
 
 
 
 

 

 

 

G

1

(s)

 

G

4

(s)

 

G

5

(s)

 

G

3

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

+

 

_

 

_

 

_

 

_

 

G

2

(s)

 

G

1

(s)

 

G

4

(s)

 

G

5

(s)

 

G

3

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

+

 

_

 

_

 

_

 

_

 

G

2

(s)

 

G

1

(s)

 

G

4

(s)

 

)

(

)

(

1

)

(

5

2

5

s

G

s

G

s

G

 

G

3

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

1

(s)

 

_

 

background image

 

10 

algebra schematów blokowych 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

G

4

(s)

 

)

(

)

(

1

)

(

5

2

5

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

)

(

)

(

1

)

(

3

1

3

s

G

s

G

s

G

 

)

(

)

(

1

)

(

)

(

3

1

3

1

s

G

s

G

s

G

s

G

 

_

 

_

 

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)]

(

)

(

1

)[

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

1

)

(

4

3

3

1

3

1

4

3

1

4

3

4

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

G

4

(s)

 

)

(

)

(

1

)

(

5

2

5

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

1

(s)

 

_

 

)

(

)

(

1

)

(

3

1

3

s

G

s

G

s

G

 

G

4

(s)

 

)

(

)

(

1

)

(

5

2

5

s

G

s

G

s

G

 

)

(

)

(

1

)

(

3

1

3

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

1

(s)

 

_

 

background image

 

11 

algebra schematów blokowych 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

)]

(

)

(

1

)[

(

)

(

)]

(

)

(

1

)][

(

)

(

)

(

)

(

1

[

)]

(

)

(

1

)[

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)]

(

)

(

1

)[

(

1

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)]

(

)

(

1

)[

(

3

1

5

4

5

2

4

3

3

1

3

1

5

4

5

2

5

4

3

3

1

3

1

4

5

2

5

4

3

3

1

3

1

4

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

 

)

(

)

(

1

)

(

5

2

5

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

_

 

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)]

(

)

(

1

)[

(

4

3

3

1

3

1

4

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

)

(

)

(

1

)

(

)

(

3

1

3

1

s

G

s

G

s

G

s

G

 

 

)]

(

)

(

1

)[

(

)

(

)]

(

)

(

1

)][

(

)

(

)

(

)

(

1

[

)

(

)

(

)

(

)

(

)]

(

)

(

1

)[

(

)

(

)]

(

)

(

1

)][

(

)

(

)

(

)

(

1

[

)]

(

)

(

1

)[

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

3

1

5

4

5

2

4

3

3

1

5

4

3

1

3

1

5

4

5

2

4

3

3

1

3

1

5

4

3

1

3

1

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

background image

 

12 

algebra schematów blokowych 

4.   
 
 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

4

(s)

 

G

3

(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

5

(s)

 

u(s)

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

4

(s)

 

G

3

(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

5

(s)

 

u(s)

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

4

(s)

 

)

(

)

(

)

(

1

)

(

5

4

3

3

s

G

s

G

s

G

s

G

 

y(s)

 

+

 

+

 

_

 

u(s)

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

4

(s)

 

)

(

)

(

)

(

1

)

(

5

4

3

3

s

G

s

G

s

G

s

G

 

y(s)

 

+

 

+

 

_

 

u(s)

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

4

(s)

 

G

3

(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

_

 

G

4

(s)G

5

(s)

 

u(s)

 

_

 

background image

 

13 

algebra schematów blokowych 

  

 
 
 
 
 
 
 
 
 

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)]

(

)

(

)

(

1

)[

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)]

(

)

(

)

(

1

)[

(

)

(

)

(

5

4

3

4

3

5

4

3

3

1

5

4

3

2

1

5

4

3

3

1

5

4

3

2

1

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)]

(

)

(

)

(

1

)[

(

)

(

)

(

4

3

2

1

5

4

3

3

1

5

4

3

2

1

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

 

G

2

(s)

 

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

1

)

(

5

4

3

3

1

1

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

y(s)

 

_

 

u(s)

 

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

5

4

3

4

3

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

4

(s)

 

)

(

)

(

)

(

1

)

(

5

4

3

3

s

G

s

G

s

G

s

G

 

y(s)

 

_

 

u(s)

 

)

(

)

(

)

(

1

)

(

5

4

3

3

s

G

s

G

s

G

s

G

 

_

 

background image

 

14 

algebra schematów blokowych 

5. 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

3

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

4

(s)

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

3

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

4

(s)

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

G

3

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

4

(s)

 

G

4

(s)

 

G

1

(s)

 

G

2

(s)

 

)

(

)

(

1

)

(

4

3

3

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

_

 

G

4

(s)

 

background image

 

15 

algebra schematów blokowych 

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

)

(

)]

(

)

(

1

[

)]

(

)

(

1

[

)

(

)

(

1

)]

(

)

(

1

[

)]

(

)

(

1

[

)

(

4

2

1

4

3

3

1

2

1

4

3

3

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

4

3

2

1

4

3

3

1

2

1

4

3

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

 

)

(

)

(

2

1

s

G

s

G

 

)

(

)

(

1

)

(

4

3

3

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

_

 

G

4

(s)

 

_

 

G

1

(s)

 

)

(

)

(

1

)

(

4

3

3

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

_

 

G

4

(s)

 

)

(

)

(

1

1

2

1

s

G

s

G

 

G

1

(s)

 

background image

 

16 

algebra schematów blokowych 

6.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

3

(s)

 

G

4

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

2

(s)

 

G

1

(s)

 

G

5

(s)

 

+

 

_

 

G

3

(s)

 

G

4

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

2

(s)

 

G

1

(s)

 

G

5

(s)

 

+

 

_

 

1

 

2

 

3

 

A

 

B

 

G

3

(s)

 

G

4

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

2

(s)

 

G

1

(s)

 

G

5

(s)

 

+

 

_

 

1

 

2

 

3

 

A

 

B

 

B

 

background image

 

17 

algebra schematów blokowych 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 

G

3

(s)

 

)

(

)

(

1

)

(

4

2

4

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

_

 

G

1

(s)

 

G

5

(s)

 

+

 

_

 

1

 

2

 

A

 

B

 

)

(

)

(

1

)

(

4

2

4

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

_

 

G

1

(s)G

5

(s)

 

 

G

5

(s)

 

_

 

1-2

 

A

 

B

 

G

3

(s)

 

u(s)

 

+

 

_

 

)

(

)

(

)

(

1

)

(

5

3

1

3

s

G

s

G

s

G

s

G

 

G

5

(s)

 

)

(

)

(

1

)

(

4

2

4

s

G

s

G

s

G

 

y(s)

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

1

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

5

4

3

2

1

5

3

1

4

3

4

2

5

4

3

4

2

4

5

3

1

3

4

2

4

5

3

1

3

5

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

background image

 

18 

algebra schematów blokowych 

7. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

3

(s)

 

G

1

(s)

 

G

4

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

2

(s)

 

+

 

+

 

G

3

(s)

 

G

1

(s)

 

G

4

(s)

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

2

(s)

 

+

 

+

 

)

(

)

(

1

)

(

)

(

1

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

4

3

3

2

4

3

3

2

1

1

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

G

3

(s)

 

G

1

(s)

 

)

(

)

(

4

3

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

+

 

_

 

_

 

G

2

(s)

 

+

 

+

 

G

1

(s)

 

)

(

)

(

1

)

(

)

(

4

3

3

2

s

G

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

_

 

G

1

(s)

 

)

(

)

(

1

)

(

)

(

4

3

3

2

s

G

s

G

s

G

s

G

 

u(s)

 

y(s)

 

+

 

+

 

+

 

_

 

)

(

)

(

1

)

(

)

(

4

3

3

2

s

G

s

G

s

G

s

G