Signalflusses

Signalflusses bezeichnet den zeitlichen Verlauf eines Signals durch ein System, vom Eingang bis zum Ausgang, einschließlich aller internen Signale, die zwischen Bauteilen weitergegeben werden. Er dient der Analyse und dem Entwurf von Regel-, Steuer- und Verarbeitungssystemen. Zwei gängige Darstellungsformen sind Blockdiagramme und Signalflussgraphen (SFG). Blockdiagramme zeigen Signale als Linien zwischen Blöcken mit Übertragungsfunktionen; Signalflussgraphen stellen Signale als Knoten und deren Beziehungen als gerichtete Kanten mit Gains dar. Beide Darstellungsformen ermöglichen es, die Wirkung einzelner Bauteile auf den Gesamtausgang zu verstehen und Transferfunktionen abzuleiten.

Berechnung und Methoden: Für lineare zeitinvariante Systeme ermöglicht Mason’s Gain Rule, aus einem SFG die Gesamtübertragungsfunktion vom Eingang zum Ausgang zu bestimmen. Dazu werden alle Pfade vom Eingang zum Ausgang identifiziert, die Gains der Pfade und aller Schleifen berechnet und gemäß der Regel zu einer Gesamterfassung kombiniert. So lässt sich auch komplizierte Netzwerktopologie systematisch analytisch auswerten, ohne differential- oder differenzengleichungen direkt lösen zu müssen.

Anwendungen und Grenzen: Signalflussmodelle finden breite Anwendung in Elektronik, Regelungstechnik, Nachrichtentechnik, Signalverarbeitung, Akustik und mechanischen Netzwerken. Vorteile sind visuelle Klarheit und oft effiziente Berechnung von Transferfunktionen. Einschränkungen ergeben sich bei nichtlinearen oder zeitvarianten Systemen, bei denen SFGs weniger unmittelbar anwendbar sind oder die Komplexität rasch zunimmt.

Siehe auch: Transferfunktion, Laplace-Transformation, Blockdiagramm, Zustandsspace, Mason-Regel.