Electric Motors and Drives This Page Intentionally Left Blank

particular we will imagine that we are required to drive at a speed of
exactly 50 km/h, the speed to be veri
W
ed by an auditor from the bureau
of standards.
The
W
rst essential is an accurate speedometer, because we must meas-
ure the output of the ‘process’ if we are to control it accurately. Our eyes
convey the ‘actual speed’ signal (from the speedometer dial) to our
brain, which calculates the di
V
erence or error between the target speed
and the actual speed. If the actual speed was 30 km/h, the brain would
conclude that we were 20 km/h too slow and instruct our foot to press
much harder on the accelerator. As we saw the speed rising towards the
target, the brain will decide that we can ease o
V
the accelerator a little so
that we don’t overshoot the desired speed. If a headwind springs up, or
384
Electric Motors and Drives

---

we reach a hill, any drop in speed will be seen and we will press harder
on the gas pedal; conversely, if we
W
nd speed is rising due to a following
wind or a falling gradient, we apply less accelerator, or even apply the
brake. This set of interactions can be represented diagrammatically as in
Figure A.2.
Diagrams of this sort – known as block diagrams – are widely used in
control system studies because they provide a convenient pictorial rep-
resentation of the interrelationships between the various elements of the
system. The signi
W
cance of the lines joining the blocks depends on
the context: for example, the line entering the speedometer represents
the fact that there is a hardware input from the wheels (perhaps a
mechanical one, or more likely a train of electronic pulses whose fre-
quency corresponds to speed), while the line leaving the speedometer
represents the transmission of information via re
X
ected light to the eyes
of the driver. In many instances (e.g. an electronic ampli
W
er) the output
from a block is directly proportional to the input, but in others (e.g. the
‘vehicle dynamics’ block in Figure A.2) the output depends on the
integral of the input with respect to time.
The lower part of the block diagram represents the speed feedback
path; the upper part (known as the forward path) represents the process
itself. The fact that all the blocks are connected together so that any
change in the output of one a
V
ects all the others gives rise to the name
closed-loop system
.
The circles represent summing junctions, i.e. points where signals are
added or subtracted. The output signal from the summing junction is the
sum of the input signals, or the di
V
erence if one is negative. The most
important summing junction is the one on the left (inside the driver’s
brain!) where the actual speed (via the eyes) is subtracted from the
reference speed (stored in the brain) to obtain the speed error. The
000000
Engine
Vehicle
dynamics
Brain
Eyes
Speedometer
Desired
(reference)
speed
Actual
speed
Speed error
Disturbance,
e.g. wind, hill
Speed
Figure A.2
Block-diagram representation of driving a car at a target speed
Appendix
385

---

negative sign on the speed feedback signal indicates that a subtraction is
required, and it is this that gives rise to the term ‘
negative feedback
’.
Factors that clearly have a bearing on whether we will be able to
achieve the desired speed are the ability of the car to achieve and
maintain the speed; the extent to which the driver’s eyes can detect
movements in the speedometer pointer; the need for the brain to sub-
tract the actual speed from the desired speed; and the requirement for
the brain to instruct the muscles of the leg and foot, and their ability to
alter the pressure on the accelerator pedal. But all of these will be of no
consequence if the speedometer is not accurate, because even if the
driver thinks he is doing 50 km/h, the man from the standards bureau
will not be impressed. A VW beetle with an accurate speedometer is
potentially better than a Rolls Royce with an inaccurate one – a fact that
underlines the paramount importance of the feedback path, and in