מבוא ל-Ede Flow Graphs בהנדסה

גרפים זרימת אותות (SFGs) הם טכניקה אבן הפינה לניתוח ועיצוב מערכות הנדסיות מורכבות.הם מספקים ייצוג קומפקטי, חזותי של משוואות אלגבריות ליניאריות, מראה כיצד אותות מתפשטים באמצעות רכיבים מקושרים שפותחו במקור על ידי קלוד שאנון ולאחר מכן מעודנים על ידי J. Mason, SFGs הם בעלי ערך במיוחד במערכות בקרה, רשתות חשמל, דינמיקות מכניות, ואפילו מודלים כלכליים ממריצים כדי לאפשר למעבדים לנתח את הגרפים ביעילות.

תגית: Signal FlowGphs

גרף זרימת אות מורכב מ-FLT:0 (אשר מייצג משתנים) ו-FLT:2 סניפים עטופים FLT 3: 3 (אשר מייצגים את הרווח או היחסים בין משתנים) בניגוד דיאגרמות בלוקים, SFGs להסיר את הצורך בסיכום צומתים וסימניים, וכתוצאה מכך ייצוג אלגברי יותר.

  • חיבור:0 (Series Connection: FLT:1 2 סניפים בשקייד ניתן להחליף על ידי ענף אחד עם המוצר של רווחים בודדים.
  • (ב) ניתן לשלב בין שני ענפים בין אותם צמתים על ידי הוספת רווחים.
  • (FLT:0) ,Feedback לולאה חיסול: FLT:1 נתיב עצמי או משוב ניתן להפחית באמצעות הנוסחה: רווח = קדימה gain / (1-Lella gain).

(ב) לדוגמה, יש לשקול חסימה פשוטה של רווח עם קלט:0X(s)FLT:1, תפוקה:2Y(s) ⁇ 3, ורווח קדימה רווח FLT:4G(s) ⁇ FLT:5 עם לולאה משוב אחיד (FG) תכלול צומת עבור השגיאה, הבקר, ואת כל היתרונות הקשורים ל-X / Forders) על ידי כל ה-i) אשר ניתן להעביר את כל הגרף (התחול על ידי כל ה-i) על ידי כל ה-i) על ידי גרף (היתר של כל ה-i) על ידי ⁇ .

מקורות חינוכיים ללמידה אותות Flow Graphs

ספרי טקסט

(ב) מספר ספרי לימוד סמכותיים מכסים גרפים של זרימת אותות בעומק (FLT:0) "Modern Control Engineering"FLT:1 על ידי קטסוו אוגהטה נותר התייחסות קלאסית, עם פרק ייעודי על SFGs ודוגמאות רבות לפתרון.FLT:2 "Feedback Control of Dynamic Systems"Fevolveve 3LT על ידי פרנקלין, פאוול, ו-Naami-Nae-Nae-Nae-Nae-Nae-Nae-Nae-ils, כולל ספקטרום היסטורי של שיטות פעולה: 2, כולל סימול-Fiver, כולל ⁇ Fiver, כולל ⁇ -D, כולל SF-Fiver, כולל ⁇ dback, כולל ⁇ -D, כולל ⁇ -D, כולל ⁇ dumcreative Control of Modern Structure, כולל סימולציה של מערכת:2.

קורסים מקוונים

(הופנה מהדף Open Systemss (MOOCs) מציעים מסלולי למידה מובנים.ב- (FLT:0CourseraFLT:1, הקורס "Control of Mobile Robots" מ Georgia Tech נוגע ב-SFGs בהקשר של משוב המדינה: 2edXKFLT 3 תכונות "Dynamics and control" מ-MIT מכסה זה ניתוח גרף וידאו פתוח (DDR) עבור LT5.

וידאו Tutorials ו-הרצאות

(ב) ערוצים המוקדשים לחינוך הנדסי הם בלתי חוקיים.FLT:0Brian Douglas - מערכות בקרה הרצאות מערכות צוהרות FLT:1 מציע הסברים ברורים ואינטואיטיביים של גרפים זרימת אותות, תוך התמקדות כיצד לצייר אותם מגרסאות חסומות ותפקודי העברה תואמים (FLT:2MATLABFLT 3) פרסמו הדרכות קצרות על השימוש ב- MATLAB כדי לאמת את הפחתות ה-FEL5 (ILT)

כלי ל-Mastering Signal Flow Graphs

Simulation ו- Analysis Software

(ב) [ה]הסטנדרטים בתעשייה לתכנון מערכת בקרה.המשתמשים יכולים ליצור גרפים של זרימת אותות וענפים באמצעות תיבת הבקרה, או על ידי המרת דיאגרמות בלוקים ל-SFGs.FLT: 0 (זמין בגרסאות חדשות יותר) מאפשר למהנדסים גרפים אנליטיים, לדוגמה: FLT2, לדוגמה, גישה חופשית של מערכת: 1FD)

Graph Visualization and Drawing Tools

(ב) יצירת דיאגרמות SFG ברורה היא קריטית ללמידה.FLT:0GraphvizigphvizphvesFLT:1 הוא כלי ויזואליזציה קוד פתוח רב עוצמה שיכול לייצר גרמים מכוונות מתיאורי טקסט פשוטים; זה מצוין באופן אוטומטי להניח רכיבי SFGid מורכבים.FLT:2GeoGebraFLT 3, מציע גיאומטריה אינטראקטיבית ויכולות גרף, אשר ניתן להשתמש בהם כדי לחקור גם תכונות SFD.

אתר אינטרנט אינטראקטיבי ואפליקציות ניידות

(ב) ,הבנה תיאורטית: ה-FLT:0Wolfram Demonstrations ProjectcioFLT:1 תכונות דוגמאות גרף של אותות אינטראקטיביים שבו משתמשים יכולים להתאים רווחים לולאה ולהתבונן בשינויים בתפקוד ההעברה באופן מיידי.

גישה מעשית ל-Mastering Signal Flow Graphs

כדי להשיג שליטה, לשלב מחקר תיאורטי עם תרגול קבוע.התחל על ידי הסרת ידיים פשוט SFGs מתוך דיאגרמות בלוק - זה מפתח אינטואיציה על זרימת אותות ו הלולאות. לעבוד דרך לפחות 10 בעיות הדורשות הנוסחה של מייסון: לזהות נתיבים קדימה, לולאה רווחים, ולא נגע לולאות. השתמש מתודולוגיה של צעד אחר צעד:

  1. כתוב את משוואות המערכת בצורה סטנדרטית.
  2. צומת סימנים לכל משתנה (למשל, קלט, פלט, נקודות ביניים).
  3. הוסף סניפים מכוונים עם רווחים המתאימים ל- coefficients.
  4. לזהות את כל הדרכים קדימה ממקור כדי להטביע.
  5. למלא את הלולאה מרוויחה עבור כל מחזור סגור.
  6. קביעת כי לולאות אינן מדבקות (לא חתכים משותפים).
  7. חישוב הגרף קובע: ⁇ = 1 − ⁇ (loop Profits) + ⁇ (מוצרים של שתי לולאות שאינן מדבקות) ⁇ (מוצרs of Three non- touching Loops) +
  8. לכל דרך קדימה, לנסח את ה- ⁇ :0.
  9. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בדוק את התוצאות שלך עם MATLAB או Python על ידי המרת SFG לתוך מערכת של משוואות או על ידי שימוש ב- FLT:2 הפונקציה.בנוסף, לפתור שאלות בדיקה בעבר מתוכניות הנדסיות (גברים זמינים באינטרנט) כדי לבדוק את המהירות שלך. לדון SFGs מורכבים עם עמיתים בפורומים כגון FLT:0Engine Stackering ExchangeFLT:1 או Reddits:2Ferrol:

נושאים מתקדמים ויישומים

אותות Flow Graphs in State-Space Analysis

אחד השימושים החזקים ביותר של SFGs הוא להמיר דיאגרמות בלוק לייצוג המדינה-מרחבי. על ידי התווית תפוקה integrator כמשתנה המדינה וכתוב משוואות ישירות מהגרף, מהנדסים יכולים להפיק את A, B, C, ו DMtrices באופן שיטתי.טכניקה זו היא שימושית במיוחד עבור מערכות מרובות-input- ⁇ (MI) טקסט כמו LTF:0 "Moder Systems" 1 ודוגמה מפורטת" 1Derererererererd" 1 ו-D.

מערכות בקרה דיגיטליות

(ב) SFGs משלבים את ה-FLT:0 zFLT:1-domain רווחים ועיכוב אלמנטים (הוצגים כ-FLT:2zigFLT 3:03FLT:4 -1FOVALT:5 ענפים מרכזיים) אותה הנוסחה של מייסון חל, המאפשר חישוב מהיר של פונקציות העברת הדופק.

רשתות מכניות וחשמליות

SFGs אינם מוגבלים לשליטה - הם מופיעים בניתוח של רשתות מכניות (מערכות מפיץ-מינג-דאמפר) ועיגולים חשמליים.לדוגמה, מסנן RC יכול להיות מודל כ- SFG שבו מתחים וזרמים הופכים לאדים, ומכשולים הופכים להישגים של ענף. ייצוג מאוחדת זה עוזר לראות אנלוגיות בין תחומים פיזיים שונים.

Machine Learning and Bayesian Networks

בעוד שלא מסורתי זרימת אותות גרמים, גרפים acyclic המשמשים בלמידה מכונה (למשל, מודלים גרפיים פרובביליסטיים) לחלוק דמיון מבני.הבנת SFGs יכול להקל על המעבר לרשתות Bayesian, שבו nodes מייצגים משתנים אקראיים ו הקצוות דה מציין תלות מותנית.עם זאת, למטרות הנדסיות, המוקד העיקרי נשאר על מערכות ליניאריות ⁇ .

מסקנה

גרגרי זרימת אותות נשארים כלי צדדי ואינטואיטיבי עבור מהנדסים עובדים עם מערכות ליניאריות.על ידי מינוף תערובת של ספרי לימוד, קורסים מקוונים, הרצאות וידאו ותוכנה אינטראקטיבית, הלומדים יכולים לבנות הבנה עמוקה של תורת SFG ויישומים מעשיים שלה.רגיל רגיל בציור, צמצום, ואמת אותות מודגשים SFGs - הן באמצעות סימולציה - מאמת את הטכניקות האנליטיות לשליטה חיונית, ניתוח מעגלי, והתחל מעבר למחזור זה, ובסופו של בעיות מורכבות, עם כל גרפים.

(ב) ◄

  • אוניברסיטת מישיגן:0 (University of Michigan Control Tutorials for MATLAB and SimulinkFillo)
  • (ב) ◄ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]
  • אוניברסיטת סינסינטי (FLT:0) ,block Diagrams and Signal Flow Graphs (מדריך PDF)