Τι είναι η ανατροφοδότηση στα ηλεκτρονικά και τον αυτοματισμό

Η ανάδραση είναι η επίδραση της τιμής εξόδου κάθε συστήματος C (Εικ. 1) στην είσοδο του ίδιου συστήματος. Πιο ευρύ ανατροφοδότηση — η επίδραση των αποτελεσμάτων της λειτουργίας του συστήματος στη φύση αυτής της λειτουργίας.

Εκτός από την ποσότητα εξόδου, οι εξωτερικές επιρροές μπορούν επίσης να δράσουν σε ένα λειτουργικό σύστημα (x στην Εικ. 1). Το κύκλωμα AV μέσω του οποίου μεταδίδεται η ανάδραση ονομάζεται βρόχος, γραμμή ή κανάλι ανάδρασης.

Ρύζι. 1.

Το ίδιο το κανάλι μπορεί να περιέχει οποιοδήποτε σύστημα (D, Σχ. 2) που μετασχηματίζει την τιμή εξόδου στη διαδικασία μετάδοσής του. Σε αυτήν την περίπτωση, η ανάδραση από την έξοδο του συστήματος προς την είσοδό του λέγεται ότι συμβαίνει χρησιμοποιώντας ή μέσω του συστήματος D.

Ρύζι. 2.

Η ανατροφοδότηση είναι μια από τις πιο σημαντικές έννοιες στη θεωρία των ηλεκτρονικών και του αυτόματου ελέγχου. Συγκεκριμένα παραδείγματα εφαρμογής συστημάτων που περιέχουν ανάδραση μπορούν να βρεθούν στη μελέτη μιας μεγάλης ποικιλίας διαδικασιών σε αυτόματα συστήματα, ζωντανούς οργανισμούς, οικονομικές δομές κ.λπ.

Λόγω της καθολικότητας της έννοιας, που εφαρμόζεται σε διάφορους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας, η ορολογία σε αυτόν τον τομέα δεν έχει καθιερωθεί και κάθε συγκεκριμένο πεδίο γνώσης, κατά κανόνα, χρησιμοποιεί τη δική του ορολογία.

Για παράδειγμα, σε συστήματα αυτόματου ελέγχου ευρέως χρησιμοποιημένο έννοιες αρνητικής και θετικής ανατροφοδότησης, που ορίζουν τη σύνδεση μεταξύ της εξόδου του συστήματος και της εισόδου του μέσω μιας σύνδεσης απολαβής με αντίστοιχο αρνητικό ή θετικό κέρδος.

Στη θεωρία των ηλεκτρονικών ενισχυτών, η έννοια αυτών των όρων είναι διαφορετική: η ανάδραση ονομάζεται αρνητική, η οποία μειώνει την απόλυτη τιμή του συνολικού κέρδους και θετική - την αυξάνει.

Ανάλογα με τις μεθόδους υλοποίησης στη θεωρία υπάρχουν ηλεκτρονικοί ενισχυτές ρεύμα, τάση και συνδυασμένες ανατροφοδοτήσεις.

Τα αυτόματα συστήματα ελέγχου περιλαμβάνουν συχνά πρόσθετες κριτικέςχρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση των συστημάτων ή τη βελτίωση των μεταβατικών φαινομένων σε αυτά. Μερικές φορές ονομάζονται διορθωτικός και ανάμεσά τους υπάρχουν σκληρά (εκτελείται με σύνδεση ενισχυτή), εύκαμπτος (που υλοποιείται με σχέση διαφοροποίησης), ισοδρομικός και τα λοιπά.

Σε διαφορετικά συστήματα μπορείτε πάντα να βρείτε κλειστή αλυσίδα επιρροής… Για παράδειγμα, στο σχ. 2, το μέρος Β του συστήματος δρα στο μέρος Δ, και το τελευταίο πάλι στο C. Επομένως, τέτοια συστήματα ονομάζονται επίσης συστήματα κλειστού βρόχου, συστήματα κλειστού ή κλειστού βρόχου.

Σε πολύπλοκα συστήματα, μπορούν να υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί βρόχοι ανάδρασης. Σε ένα σύστημα πολλαπλών στοιχείων, η έξοδος κάθε στοιχείου μπορεί, γενικά μιλώντας, να επηρεάσει τις εισόδους όλων των άλλων στοιχείων, συμπεριλαμβανομένης της δικής του εισόδου.

Κάθε επίδραση μπορεί να εξεταστεί από τρεις κύριες πτυχές: μεταβολική, ενεργητική και πληροφοριακή. Το πρώτο σχετίζεται με αλλαγές στη θέση, το σχήμα και τη σύνθεση της ύλης, το δεύτερο με τη μεταφορά και μετασχηματισμό της ενέργειας και το τρίτο με τη μετάδοση και τον μετασχηματισμό πληροφοριών.

Στη θεωρία ελέγχου, εξετάζεται μόνο η πληροφοριακή πλευρά των επιρροών. Έτσι, η ανατροφοδότηση μπορεί να οριστεί ως μεταβίβαση πληροφοριών σχετικά με την τιμή εξόδου του συστήματος στην είσοδο του ή ως άφιξη πληροφοριών που μετατρέπονται από τη σύνδεση ανάδρασης από την έξοδο στην είσοδο του συστήματος.

Η αρχή της συσκευής βασίζεται στην εφαρμογή ανατροφοδότησης. αυτόματα συστήματα ελέγχου (ACS)… Σε αυτά, η παρουσία ανάδρασης παρέχει αύξηση της ατρωσίας από το θόρυβο λόγω της μείωσης της επίδρασης παρεμβολής (z στην Εικ. 3) που ενεργεί στο μπροστινό μέρος του συστήματος.

Ρύζι. 3.

Εάν σε ένα γραμμικό σύστημα με συνδέσεις με συναρτήσεις μεταφοράς Kx (p) και K2 (p) αφαιρέσετε τον βρόχο ανάδρασης, τότε η εικόνα x της τιμής εξόδου x καθορίζεται από την ακόλουθη σχέση:

Εάν σε αυτήν την περίπτωση η τιμή εξόδου x απαιτείται να είναι ακριβώς ίση με την ενέργεια αναφοράς x *, τότε το συνολικό κέρδος του συστήματος K (p) = K1 (p) K2 (p) πρέπει να είναι ίσο με τη μονάδα και πρέπει να υπάρχει καμία παρέμβαση z. Η παρουσία του z και η απόκλιση του K (p) από τη μονάδα δημιουργούν σφάλμα e, δηλ. η διαφορά

Για K (p) = 1 έχουμε

Εάν τώρα κλείσουμε το σύστημα χρησιμοποιώντας ανάδραση όπως φαίνεται στο Σχ. 3, η εικόνα της ποσότητας εξόδου x θα καθοριστεί από την ακόλουθη σχέση:

Από τη σχέση προκύπτει ότι για μια αρκετά μεγάλη μονάδα απολαβής Kx (p), ο δεύτερος όρος είναι αμελητέος και επομένως η επίδραση της παρεμβολής z είναι αμελητέα. Ταυτόχρονα, η τιμή της ποσότητας εξόδου x θα διαφέρει πολύ λίγο από την τιμή της μεταβλητής αναφοράς.

Σε ένα κλειστό σύστημα με ανάδραση, είναι δυνατό να μειωθεί σημαντικά η επίδραση του θορύβου σε σύγκριση με ένα ανοιχτό σύστημα, καθώς το τελευταίο δεν ανταποκρίνεται στην πραγματική κατάσταση του ελεγχόμενου αντικειμένου, είναι «τυφλό» και «κουφό» «μέχρι αλλαγής σε αυτή την κατάσταση.

Ας πάρουμε για παράδειγμα μια πτήση με αεροπλάνο. Εάν τα πηδάλια του αεροπλάνου είναι προρυθμισμένα με υψηλή ακρίβεια, ώστε να πετάει προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, και αν είναι σταθερά στερεωμένα, τότε ριπές ανέμου και άλλοι τυχαίοι και απρόβλεπτοι παράγοντες θα βγάλουν το αεροπλάνο από την επιθυμητή πορεία.

Μόνο το σύστημα ανάδρασης (αυτόματος πιλότος) μπορεί να διορθώσει τη θέση, το οποίο μπορεί να συγκρίνει τη δεδομένη πορεία x * με την πραγματική x και, ανάλογα με την προκύπτουσα απόκλιση, να αλλάξει τη θέση του πηδαλίου.

Συχνά λέγεται ότι τα συστήματα ανάδρασης βασίζονται σε σφάλματα (ασυμφωνία). Εάν ο σύνδεσμος Kx (p) είναι ένας ενισχυτής με αρκετά μεγάλο κέρδος, τότε υπό ορισμένες συνθήκες που επιβάλλονται στη συνάρτηση μεταφοράς K2 (p) στο υπόλοιπο της διαδρομής, το σύστημα κλειστού βρόχου παραμένει σταθερό.

Σε αυτήν την περίπτωση, το σφάλμα σταθερής κατάστασης e μπορεί να είναι αυθαίρετα μικρό. Αρκεί να εμφανίζεται στην είσοδο του ενισχυτή Kx (p) ώστε να σχηματίζεται και να σχηματίζεται μια αρκετά μεγάλη τάση στην έξοδο του, η οποία αντισταθμίζει αυτόματα τις παρεμβολές και παρέχει τέτοια τιμή x στην οποία η διαφορά e= x * — Το x θα ήταν αρκετά μικρό.Η μικρότερη αύξηση στο e προκαλεί δυσανάλογα μεγαλύτερη αύξηση στο ti... Επομένως, οποιαδήποτε (εντός πρακτικών ορίων) παρεμβολή z μπορεί να αντισταθμιστεί, και επιπλέον, με μια αυθαίρετα μικρή τιμή του σφάλματος e, η διαδρομή ελιγμών υψηλής απολαβής είναι συχνά αποκαλείται βαθιά.

Η ανατροφοδότηση σε μικτά συστήματα λαμβάνει χώρα επίσης κατά τη λειτουργία πολύπλοκων συστημάτων που αποτελούνται από αντικείμενα διαφορετικής φύσης, αλλά ενεργούν σκόπιμα. Αυτά είναι συστήματα: χειριστής (άνθρωπος) και μηχανή, δάσκαλος και μαθητής, λέκτορας και ακροατήριο, άνθρωπος και μαθησιακή συσκευή.

Σε όλα αυτά τα παραδείγματα έχουμε να κάνουμε με μια κλειστή αλυσίδα επιρροών. Μέσω των καναλιών ανατροφοδότησης, ο χειριστής λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με τη φύση της λειτουργίας του ελεγχόμενου μηχανήματος, τον εκπαιδευτή - πληροφορίες για τη συμπεριφορά του μαθητή και τα αποτελέσματα της εκπαίδευσης κ.λπ. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, κατά τη διαδικασία λειτουργίας, και τα δύο το περιεχόμενο των πληροφοριών που μεταδίδονται μέσω των καναλιών και τα ίδια τα κανάλια αλλάζουν σημαντικά.