Tex (TikZ) でブロック線図を書く

制御系の研究をしていると，ブロック線図を書く場面が多くある．
今回は，ブロック線図をTexのTikZを使って書いてみた．
単純なブロック線図であれば，PowerPointとかで書くよりも簡単な気がする．
線が若干斜めで美しくない，とかいうことが生じないのも気持ちがいい．
# TikZ初心者なので，もっと効率よく書けるとかがあれば教えていただければ幸いです．

本記事では，

\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{calc}
\usetikzlibrary{positioning}
\usetikzlibrary{arrows.meta}

を前提とする．

まず，ブロックや矢印などの設定．

[
% 線と文字の間の間隔を設定
every node/.style={outer sep=0.12cm, inner sep=0},
% 矢印の設定
arrow/.style={-{Stealth[length=0.25cm]}, thick},
% ブロック
block/.style={rectangle, draw, minimum height = 1cm, 
minimum width=1.2cm, thick, outer sep = 0},
% 加え合わせ点
sum/.style={thick, circle, draw, inner sep=0,
minimum size=6pt, outer sep=0},
% 引き出し点
point/.style={radius=2pt}
]

このうえで，

\node [block] (K){$K$};
\node [block, right=1 of K] (G){$G$};
\node [sum, left=1of K] (sum){};

とやれば，ブロック間を1cmあけてブロックが並ぶ．

これらを矢印でつなぐには，

\draw[arrow] (sum) -- (K);

とすれば良い．信号の名前を書き込みたければ，

\draw[arrow] (K) -- (G) node [above, pos=0.5] {$u$};

という感じで書けばよい．aboveが信号線の上，pos=0.5は真ん中を表している．
ちなみに，pos=0.5はmidway に置き換えることもできる．

さらに，始点，終点がブロックでない矢印も，

\draw[arrow] (G.east) -- +(2, 0) node[right]{$y$};
\draw[arrow] (sum.west)+(-1, 0) node[left]{$r$} -- (sum.west)
node[below, xshift=-10pt]{$+$};

のような感じで書くことができる．
xshiftは横方向の調整で，これがないと矢印の終点の真下になってしまう．

最後に，フィードバックループを作る．
まずは，引き出し点．

\fill [point] (G.east)+(1, 0) circle coordinate (y);

coordinateで引き出し点の座標に名前を付けている．あとは，

\draw [arrow] (y) -- +(0, -1) -| (sum) node[left, yshift=-15pt] {$-$};

とすればフィードバックループを書くことができる．
"-|" で折れ線が書けるのが便利．

すべてをまとめると，次のようになる．

\begin{tikzpicture}
[
% 線と文字の間の間隔を設定
every node/.style={outer sep=0.12cm, inner sep=0},
% 矢印の設定
arrow/.style={-{Stealth[length=0.25cm]}, thick},
% ブロック
block/.style={rectangle, draw, minimum height = 1cm,
minimum width=1.2cm, thick, outer sep = 0},
% 加え合わせ点
sum/.style={thick, circle, draw, inner sep=0,
minimum size=6pt, outer sep=0},
% 引き出し点
point/.style={radius=2pt}
]
\node [block] (K){$K$};
\node [block, right=1 of K] (G){$G$};
\node [sum, left=1of K] (sum){};
\draw[arrow] (sum) -- (K);
\draw[arrow] (K) -- (G) node [above, pos=0.5] {$u$};
\draw[arrow] (G.east) -- +(2, 0) node[right]{$y$};
\draw[arrow] (sum.west)+(-1, 0) node[left]{$r$} -- (sum.west)
node[below, xshift=-10pt]{$+$};
\fill [point] (G.east)+(1, 0) circle coordinate (y);
\draw [arrow] (y) -- +(0, -1) -| (sum) node[left, yshift=-15pt] {$-$};
\end{tikzpicture}

頑張れば，もっと複雑なブロック線図もかける．

この例では，多入力のブロックがあったり，ちょっと複雑な配置も含まれている．
このブロック線図を出力するtexのソースは次の通り．