不同电子系统的框图表示类型及摘要

电子系统是将各种信息汇集在一起的组件或部件的物理互连

它借助传感器等输入设备实现这一点，这种信息的方式，然后以输出动作的形式使用电能来控制物理过程或对信号执行某种类型的数学运算。

但电子控制系统也可视为一个过程将一个信号转换成另一个信号，以便给出所需的系统响应。然后我们可以说一个简单的电子系统由一个输入，一个过程和一个输出组成，系统的输入变量和系统的输出变量都是信号。

有很多方法可以表示系统，例如：数学上，描述性地，图形地或示意性地。电子系统通常被示意性地表示为一系列互连的块和信号，每个块具有其自己的一组输入和输出。

因此，即使是最复杂的电子控制系统也可以用简单块的组合，每个块包含或表示单个组件或完整子系统。将电子系统或过程控制系统表示为多个互连的块或框通常称为“框图表示”。

简单电子系统的框图表示

电子系统同时具有输入和输出输出或输出由处理输入产生。而且，输入信号可以使过程改变或者本身可以导致系统的操作改变。因此，系统的输入是变化的“原因”，而由于该原因而在系统输出上发生的结果动作称为“效果”，其效果是原因的结果。换句话说，电子系统本质上可归类为“因果”，因为它的输入和输出之间存在直接关系。电子系统分析和过程控制理论通常基于原因和效果分析。

因此，例如在音频系统中，麦克风（输入）设备）使声波转换成电信号，放大器放大（一个过程），扬声器（输出设备）产生声波作为放大器电信号驱动的效果。

但是电子系统不一定是简单或单一的操作。它也可以是多个子系统的互连，所有子系统都在同一个整体系统中协同工作。

我们的音频系统可以用于连接CD播放器或DVD播放器，MP3播放器，或无线电接收器都是同一放大器的多个输入，这反过来驱动一组或多组立体声或家庭影院型环绕扬声器。

但电子系统不能只是一组输入和输出，它必须“做某事”，即使它只是监视一个开关或打开一个灯。我们知道传感器是输入设备，可以检测或将现实世界的测量值转换为电子信号，然后再进行处理。这些电信号可以是电路内的电压或电流的形式。相反或输出设备称为执行器，它将处理后的信号转换为某种操作或动作，通常采用机械运动的形式。

电子系统类型

电子系统以连续时间（CT）信号或离散时间（DT）信号运行。连续时间系统是指输入信号沿着连续时间定义的系统，例如随时间“继续”产生连续时间信号的模拟信号。

但是连续时间系统信号的幅度也可以变化，或者在时间周期 T 时是周期性的。因此，连续时间电子系统往往是纯模拟系统，产生线性操作，其输入和输出信号在一段设定的时间内被参考。

例如，房间的温度可以被归类为连续时间信号，可以在两个值或设定点之间测量，例如从冷到热或周一至周五。我们可以通过使用时间 t 的自变量表示连续时间信号，其中 x（t）表示输入信号， y（t）表示在一段时间 t 的输出信号。

通常，我们可以使用的物理世界中存在的大多数信号往往是连续时间信号。例如，电压，电流，温度，压力，速度等

另一方面，离散时间系统是指输入信号不连续而是序列或一系列信号的系统在“离散”时间点定义的值。这导致离散时间输出通常表示为值或数字序列。

通常，离散信号仅在离散间隔，值或等间隔时间点指定。因此，例如，房间的温度在下午1点，下午2点，下午3点和下午4点测量，而不考虑这些点之间的实际室温，例如，下午1:30或下午2:45。

但是，连续时间信号 x（t）只能以离散的间隔表示为离散信号集或“时刻”。不测量离散信号与时间的关系，而是以离散的时间间隔绘制，其中 n 是采样间隔。因此，离散时间信号通常表示为 x（n）表示输入， y（n）表示输出。

然后我们可以将信号分别表示系统的输入和输出信号 x 和 y ，或者信号本身由变量 t 表示，通常表示连续系统的时间和变量 n ，它表示离散系统的整数值，如图所示。

连续时间和离散时间系统

系统互连

其中一个实用方面电子系统和方框图表示是它们可以以串联或并联组合的方式组合在一起，形成更大的系统。许多较大的实际系统是使用多个子系统的互连构建的，并且通过使用框图来表示每个子系统，我们可以构建整个系统的图形表示。

当子系统组合形成时在串联电路中， y（t）的总输出将等于输入信号 x（t）的乘积，如子系统级联在一起所示。 / p>

系列连接系统

对于串联连续时间系统，输出信号第一个子系统的 y（t），“A”成为第二个子系统的输入信号，“B”其输出成为输入第三个子系统，“C”等等通过串联链给出 AxBxC 等

然后原始输入信号通过一个级联串联系统，因此对于两个串联的子系统，相当于单个o utput将等于系统的乘法，即 y（t）= G 1 （s）xG 2 （s）。其中 G 表示子系统的传递函数。

注意，系统的术语“传递函数”是指并且被定义为系统输入和系统之间的数学关系。它的输出或输出/输入因此描述了系统的行为。

此外，对于串联系统，执行串联操作的顺序无关紧要关于输入和输出信号如下： G 1 （s）xG 2 （s）与 G <相同子> 2 （S）XG <子> 1 （S） 。简单串联电路的一个例子可以是单个麦克风，其输入放大器，然后是扬声器。

并联电子系统

对于并联连续时间系统，每个子系统都接收相同的系统将输入信号及其各个输出相加在一起以产生总输出 y（t）。然后对于两个并联的子系统，等效的单个输出将是两个单独输入的总和，即 y（t）= G 1 （s）+ G 2 (s).

一个简单的并联电路的例子可能是几个麦克风输入混音台，而混音台又为放大器和扬声器系统供电。

电子反馈系统

在控制系统中广泛使用的另一个重要的系统互连是“反馈配置”。在反馈系统中，输出信号的一部分被“反馈”并且被添加到原始输入信号或从原始输入信号中减去。结果是系统的输出不断地改变或更新其输入，目的是修改系统的响应以提高稳定性。反馈系统通常也称为“闭环系统”，如图所示。

闭环反馈系统

在大多数实际电子系统设计中大量使用反馈系统来帮助稳定系统并增强其控制。如果反馈回路减小原始信号的值，则反馈回路称为“负反馈”。如果反馈回路增加了原始信号的值，则反馈回路称为“正反馈”。

简单反馈系统的一个例子可以是家中的恒温控制加热系统。如果房屋太热，反馈回路将关闭加热系统以使其冷却。如果房屋太冷，反馈回路将打开加热系统“开”以使其变暖。在这种情况下，系统包括加热系统，空气温度和恒温控制的反馈回路。

系统的传递函数

任何子系统都可以表示为带有输入和输出的简单块，如图所示。通常，输入指定为：θi，输出为：θo。输出与输入之比表示子系统的增益（ G ），因此定义为： G =θo/θi

在此case， G 表示系统或子系统的传输函数。在根据传递函数讨论电子系统时，使用复数算子 s ，然后将增益等式重写为： G（s）=θo（s）/θi （s）

电子系统摘要

我们已经看到一个简单的电子系统包括输入，过程，输出和可能反馈。电子系统可以使用互连的框图表示，其中每个块或子系统之间的线表示通过系统的信号的流动和方向。

框图不需要代表一个简单的单一系统，但可以代表非常由许多互连子系统组成的复杂系统。这些子系统可以串联，并联或两者组合连接在一起，具体取决于信号的流动。

我们还看到电子信号和系统本质上可以是连续时间或离散时间并且可以是模拟的，数字的或两者兼有。通过提供更好的稳定性和控制，可以使用反馈回路来增加或降低特定系统的性能。控制是使系统变量遵循特定值的过程，称为参考值。

在下一个关于电子系统的教程中，我们将看一下电子类型称为开环系统的控制系统根据其当前输入值生成输出信号 y（t），因此不监视其输出或根据其输出条件进行调整。