ブロック線図の基本

自動制御系における信号伝達システムの流れを、ブロック、加え合わせ点、引き出し点の3つを使って表現した図のことを、ブロック線図といいます。

たとえば以下の図はブロック線図の一例であり、また、シーケンス制御とフィードバック制御のページでフィードバック制御の説明文の下に載せてある図もブロック線図です。

下図の場合、V₁という入力をしたときに、その入力に対してG₁という処理を施し、さらに外乱であるDが加わったのちに、V₂として出力する…という信号伝達システムを表しています。また、現状のV₂の値が目標値から離れている場合には、G₂というフィードバックを用いて修正するような制御系となっています。

3要素の1つ目として、上図において、四角形で囲われた部分のことをブロックといいます。ここでは、1つの入力に対して、ある処理をしたのちに1つの出力として出す、という機能を表しています。

次に、◯で表している部分を加え合わせ点といいます。「加え合わせ」という言葉や上図の矢印の数からもわかる通り、この点には複数の矢印が入ってきて、1つの矢印として出ていきます。ここでは、複数の入力を合わせた上で1つの出力として信号を送る、という処理を行います。

最後に、●で表している部分が引き出し点です。フィードバック制御というのは、制御量に着目した上で目標値との差をなくすような操作のことをいいますが、そのためには制御量の情報を引き出して制御前のところ(=調節部)に伝えなければいけません。この、「制御量の情報を引き出す」点のことを、引き出し点と呼んでいます。

以上の説明はブロック線図の本当に基礎的な部分のみで、実際にはもっと複雑なブロック線図を扱うことが多いです。ただし、ブロック線図にはいくつかの変換ルールがあり、それらを用いることで複雑なブロック線図を簡素化することができます。

伝達関数の基本のページで伝達関数というものを扱いますが、このときに難しい計算をしないで済むためにも、複雑なブロック線図をより簡素なブロック線図に変換することが重要となります。

次項にて、ブロック線図の変換ルールを紹介していきます。