电子系统典型功能组成框图 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部件或零件的物理互连。

它通过传感器等输入设备实现这一点，然后利用电能以输出动作的形式控制物理过程或对信号进行某种数学运算。

但是电子控制系统也可以被视为将一个信号转换成另一个信号以给出所需系统响应的过程。那么我们可以说，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就是信号。

有许多方法来表示一个系统，如数学，描述，图形或示意。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使用简单模块的组合，每个模块包含或代表单个组件或完整的子系统。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被称为“框图表示”。

简单电子系统的框图表示

电子系统具有输入和输出，并且通过处理输入来产生输出。此外，输入信号可以改变过程或者其本身可以导致系统的操作改变。因此，系统的输入是变化的“因”，由于这个原因而对系统的输出产生的作用称为“效应”，其效应是因的结果。换句话说，一个电子系统本质上可以归类为“因果”，因为它的输入和输出之间有直接的关系。电子系统分析和过程控制理论通常基于因果分析。

因此，例如，在音频系统中，麦克风(输入设备)将声波转换为电信号，放大器将它们放大(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。也可以是多个子系统的互联，所有子系统在同一个整体系统中协同工作。

我们的音频系统可用于连接CD播放器或DVD播放器、MP3播放器或收音机的多个输入，进而驱动一套或多套立体声或家庭影院式环绕声扬声器。

但是一个电子系统不可能只是一组输入和输出。它必须“做些什么”，即使它只是监视一个开关或打开一盏灯。我们知道传感器是一种输入设备，它可以检测现实世界中的测量值或将测量值转换成电信号，然后进行处理。这些电信号可以是电路中的电压或电流形式。相反，输出设备称为执行器，它将处理后的信号转换成某种操作或动作，通常是机械运动的形式。

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。连续时间系统指的是输入信号沿连续时间定义的系统，例如模拟信号随着时间“继续”产生连续时间信号。

但连续时间系统信号的幅度也可以变化，或者在时间段t是周期性的，所以连续时间电子系统往往是纯模拟系统，产生线性运算，其输入输出信号在设定的时间段内是参考的。

例如，房间的温度可以归类为连续时间信号，并且可以在两个值或设定点之间测量，例如从冷到热或从星期一到星期五。我们可以用独立变量时间t来表示连续时间信号，其中x(t)表示输入信号，y(t)表示一段时间t内的输出信号。

一般来说，我们能使用的物理世界中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，离散时间系统是指在系统的“离散”时间点定义的值，其中输入信号是不连续的，而是一个序列或一系列信号。这导致离散时间输出通常表示为一个值或一系列数字。

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，在下午1点、2点、3点和4点测量房间的温度，而不考虑这些点之间的实际房间温度，例如下午1点30分或2点45分。

然而，连续时间信号x(t)只能表示为离散信号集或离散间隔的“矩”。离散信号和时间之间的关系不是测量的，而是以离散时间间隔绘制的，其中n是采样间隔。因此，离散时间信号通常用x(n)表示输入，y(n)表示输出。

那么我们可以把信号分别表示为系统的输入输出信号X和Y，或者信号本身用变量T表示，通常表示连续系统的时间，用变量N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

电子系统和框图的一个实用方面是它们可以串联或并联组合成一个更大的系统。许多大型实际系统都是利用多个子系统的互联来构建的，通过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，如级联在一起的子系统所示。/p

串联系统

对于串联连续时间系统，输出信号的第一个子系统的y(t)和“A”成为第二个子系统的输入信号，“B”及其输出成为第三个子系统的输入信号，“C”等由串联链给出。

然后原输入信号经过一个级联的串联系统，那么对于两个串联子系统，单个输出的当量将等于系统的乘积，即y(t)=G 1 (s)xG 2 (s)。其中g代表子系统的传递函数。

请注意，系统的术语“传递函数”指的是系统输入和系统之间的数学关系。因此，它的输出或输出/输入描述了系统的行为。

此外，对于串联系统，串联操作的执行顺序是无关紧要的。输入输出信号如下：G 1 (s)xG 2 (s)和G 2 (S)XG 1 (S)。一个简单的串联电路的例子可以是一个麦克风，它的输入放大器，然后是一个扬声器。

并行电子系统

对于并行连续时间系统，每个子系统接收相同的系统，并将输入信号及其输出相加，产生总输出y(t)。那么对于两个并联的子系统，等效的单个输出将是两个独立输入之和，即y(t)=G 1 (s) G 2 (s)。

简单并联电路的一个例子是，几个麦克风输入到一个混音表，该混音表反过来为放大器和扬声器系统供电。

电子反馈系统

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”并加到原始输入信号上或从原始输入信号中减去。结果，系统的输出不断地改变或更新其输入，以便修改系统的响应来提高稳定性。反馈系统也就是俗称的“闭环系统”，如图所示。

闭环反馈系统

反馈系统广泛用于大多数实际电子系统设计中，以帮助稳定系统并增强其控制。如果反馈回路降低了原始信号的价值，则称为“负反馈”。如果反馈回路增加了原始信号的值，则称为“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。如果房子太热，反馈回路会关闭供暖系统来降温。如果房子太冷，反馈回路将打开加热系统使其变暖。在这种情况下，系统包括加热系统、空气温度和恒温控制反馈回路。

系统的传递函数

任何子系统都可以表示为具有输入和输出的简单模块，如图所示。通常输入指定为：i，输出为： o，输出与输入之比代表子系统的增益(g)，因此定义为：g= o/ i。

在这种情况下，g代表系统或子系统的传递函数。根据传递函数讨论电子系统时，使用复算符S，然后将增益方程改写为：G(s)=o(s)/i (s)。

电子系统摘要

我们已经看到了一个简单的电子系统，包括输入、处理、输出和可能的反馈。电子系统可以用相互连接的方框图来表示，在方框图中，每个方框或子系统之间的连线表示信号通过系统的流向和方向。

框图不需要表示简单的单个系统，但它可以表示由许多相互连接的子系统组成的非常复杂的系统。根据信号的流向，这些子系统可以串联、并联或组合连接。

我们还看到，电子信号和系统在本质上可以是连续的或离散的，也可以是模拟的、数字的或两者兼有。通过提供更好的稳定性和控制，反馈回路可以用来提高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，该值称为参考值。

在接下来的电子系统教程中，我们将看看电子类型称为开环系统的控制系统，它根据其当前输入值生成输出信号y(t)，因此它不监控其输出，也不根据其输出条件进行调整。