Ce este feedback-ul în electronică și automatizare

Feedback-ul este efectul valorii de ieșire a fiecărui sistem C (Fig. 1) asupra intrării aceluiași sistem. Mai lat feedback — influența rezultatelor funcționării sistemului asupra naturii acestei funcționări.

Pe lângă cantitatea de ieșire, influențele externe pot acționa și asupra unui sistem funcțional (x în Fig. 1). Circuitul AV prin care este transmis feedback-ul se numește buclă de feedback, linie sau canal.

Orez. 1.

Canalul în sine poate conține orice sistem (D, Fig. 2) care transformă valoarea de ieșire în procesul de transmitere a acestuia. În acest caz, se spune că feedback-ul de la ieșirea sistemului la intrarea acestuia are loc folosind sau prin sistemul D.

Orez. 2.

Feedback-ul este unul dintre cele mai importante concepte din electronică și teoria controlului automat. Exemple concrete de implementare a sistemelor care conțin feedback pot fi găsite în studiul unei largi varietati de procese în sisteme automate, organisme vii, structuri economice etc.

Datorită universalității conceptului, aplicabil în diverse domenii ale științei și tehnologiei, terminologia în acest domeniu nu este stabilită, iar fiecare domeniu specific de cunoaștere, de regulă, folosește terminologia proprie.

De exemplu, în sistemele automate de control utilizate pe scară largă concepte de feedback negativ și pozitiv, care definesc conexiunea dintre ieșirea sistemului și intrarea acestuia printr-o conexiune de câștig cu un câștig negativ sau pozitiv corespunzător.

În teoria amplificatoarelor electronice, semnificația acestor termeni este diferită: feedback-ul se numește negativ, ceea ce reduce valoarea absolută a câștigului general, iar pozitiv - o crește.

În funcție de metodele de implementare în teoria amplificatoarelor electronice există curent, tensiune și feedback-uri combinate.

Sistemele de control automat includ adesea recenzii suplimentareutilizate pentru a stabiliza sistemele sau a îmbunătăți tranzitorii din acestea. Uneori sunt numiti corectiv iar printre ei sunt greu (efectuat folosind o conexiune booster), flexibil (implementat prin relație de diferențiere), izodromic etc.

În diferite sisteme puteți găsi întotdeauna lanț închis de influență… De exemplu, în fig. 2, partea B a sistemului acționează asupra părții D, iar cea din urmă din nou asupra C. Prin urmare, astfel de sisteme sunt numite și sisteme cu buclă închisă, sisteme cu buclă închisă sau cu buclă închisă.

În sistemele complexe, pot exista multe bucle de feedback diferite. Într-un sistem cu mai multe elemente, ieșirea fiecărui element poate, în general, să afecteze intrările tuturor celorlalte elemente, inclusiv propria sa intrare.

Fiecare impact poate fi considerat din trei aspecte principale: metabolic, energetic și informațional. Prima este legată de schimbările în locația, forma și compoziția materiei, a doua de transferul și transformarea energiei, iar a treia de transmiterea și transformarea informațiilor.

În teoria controlului, este luată în considerare doar latura informațională a influențelor. Astfel, feedback-ul poate fi definit ca transmiterea informațiilor despre valoarea de ieșire a sistemului la intrarea acestuia sau ca sosirea informațiilor convertite prin legătura de feedback de la ieșire la intrarea sistemului.

Principiul dispozitivului se bazează pe aplicarea feedback-ului. sisteme de control automat (ACS)… În ele, prezența feedback-ului asigură o creștere a imunității la zgomot datorită unei reduceri a influenței interferenței (z în Fig. 3) care acționează în partea frontală a sistemului.

Orez. 3.

Dacă într-un sistem liniar cu conexiuni cu funcții de transfer Kx (p) și K2 (p) eliminați bucla de feedback, atunci imaginea x a valorii de ieșire x este determinată de următoarea relație:

Dacă în acest caz se cere ca valoarea de ieșire x să fie exact egală cu acțiunea de referință x *, atunci câștigul total al sistemului K (p) = K1 (p) K2 (p) trebuie să fie egal cu unitatea și trebuie să existe nicio interferență z. Prezența lui z și abaterea lui K (p) de la unitate dau naștere unei erori e, i.e. diferența

Pentru K (p) = 1 avem

Dacă acum închidem sistemul utilizând feedback, așa cum se arată în Fig. 3, imaginea mărimii de ieșire x va fi determinată de următoarea relație:

Din relația rezultă că pentru un modul de câștig suficient de mare Kx (p), al doilea termen este neglijabil și, prin urmare, influența interferenței z este neglijabilă. În același timp, valoarea mărimii de ieșire x va diferi foarte puțin de valoarea variabilei de referință.

Într-un sistem închis cu feedback, este posibil să se reducă semnificativ influența zgomotului în comparație cu un sistem deschis, deoarece acesta din urmă nu răspunde la starea reală a obiectului controlat, este „orb” și „surd” «până la o schimbare in aceasta stare.

Să luăm ca exemplu un zbor cu avionul. Dacă cârmele avionului sunt pre-ajustate cu mare precizie, astfel încât să zboare într-o anumită direcție și dacă sunt fixate rigid, atunci rafale de vânt și alți factori întâmplători și neprevăzuți vor doborî avionul de pe direcția dorită.

Doar sistemul de feedback (pilot automat) este capabil să corecteze poziția, care este capabil să compare cursul dat x * cu x real și, în funcție de abaterea rezultată, să schimbe poziția cârmei.

Se spune adesea că sistemele de feedback sunt bazate pe erori (discrepanță). Dacă legătura Kx (p) este un amplificator cu un câștig suficient de mare, atunci în anumite condiții impuse funcției de transfer K2 (p) restul drumului, sistemul în buclă închisă rămâne stabil.

În acest caz, eroarea la starea staționară e poate fi arbitrar mică. Este suficient să apară la intrarea amplificatorului Kx (p) astfel încât să se formeze o tensiune suficient de mare și să se formeze la ieșirea acestuia, care compensează automat interferența și oferă o astfel de valoare de x la care diferența e= x * — x ar fi destul de mic.Cea mai mică creștere a e determină o creștere disproporționat mai mare a ti... Prin urmare, orice interferență z (în limitele practice) poate fi compensată și, în plus, cu o valoare arbitrar mică a erorii e, calea de manevră cu câștig mare este numită adesea adânc.

Feedback-ul în sistemele mixte are loc și în timpul funcționării sistemelor complexe constând din obiecte de natură diferită, dar care acționează cu intenție. Acestea sunt sisteme: operator (uman) și mașină, profesor și student, lector și public, om și dispozitiv de învățare.

În toate aceste exemple avem de-a face cu un lanț închis de influențe. Prin canalele de feedback, operatorul primește informații despre natura funcționării mașinii controlate, antrenorul - informații despre comportamentul elevului și rezultatele antrenamentului etc. În toate aceste cazuri, în procesul de funcționare, atât conținutul informațiilor transmise prin canale, iar canalele în sine se modifică semnificativ.