Wat is feedback in elektronica en automatisering

Feedback is het effect van de uitvoerwaarde van elk systeem C (Fig. 1) op de invoer van hetzelfde systeem. Breder feedback — de invloed van de resultaten van de werking van het systeem op de aard van deze werking.

Naast de hoeveelheid output kunnen ook invloeden van buitenaf op een functionerend systeem inwerken (x in figuur 1). Het AV-circuit waardoor de feedback wordt verzonden, wordt een feedbacklus, -lijn of -kanaal genoemd.

Rijst. 1.

Het kanaal zelf kan elk systeem bevatten (D, Fig. 2) dat de outputwaarde transformeert tijdens het transmissieproces. In dit geval wordt gezegd dat de feedback van de uitvoer van het systeem naar de invoer plaatsvindt met behulp van of via het D-systeem.

Rijst. 2.

Feedback is een van de belangrijkste concepten in de theorie van elektronica en automatische besturing. Concrete voorbeelden van de implementatie van systemen met feedback zijn te vinden in de studie van een grote verscheidenheid aan processen in automatische systemen, levende organismen, economische structuren, enz.

Vanwege de universaliteit van het concept, toepasbaar op verschillende gebieden van wetenschap en technologie, is de terminologie op dit gebied niet vastgesteld en gebruikt elk specifiek kennisgebied in de regel zijn eigen terminologie.

Bijvoorbeeld, bij automatische besturingssystemen veel gebruikt concepten van negatieve en positieve feedback, die de verbinding definiëren tussen de uitvoer van het systeem en de invoer via een versterkingsverbinding met een overeenkomstige negatieve of positieve versterking.

In de theorie van elektronische versterkers is de betekenis van deze termen anders: feedback wordt negatief genoemd, wat de absolute waarde van de algehele versterking vermindert, en positief - verhoogt het.

Afhankelijk van de implementatiemethoden in de theorie van elektronische versterkers bestaan stroom, spanning en gecombineerde terugkoppelingen.

Automatische besturingssystemen omvatten vaak aanvullende recensiesgebruikt om systemen te stabiliseren of transiënten daarin te verbeteren. Ze worden wel eens genoemd corrigerend en onder hen zijn er moeilijk (uitgevoerd met behulp van een boosteraansluiting), flexibel (geïmplementeerd door differentiërende relatie), isodromisch enz.

In verschillende systemen kun je altijd vinden gesloten keten van invloed… Bijvoorbeeld, in afb. 2 werkt deel B van het systeem in op deel D en dit laatste weer op C. Daarom worden dergelijke systemen ook genoemd gesloten-lussystemen, gesloten-lus- of gesloten-lussystemen.

In complexe systemen kunnen veel verschillende feedbackloops bestaan. In een systeem met meerdere elementen kan de uitvoer van elk element in het algemeen de invoer van alle andere elementen beïnvloeden, inclusief zijn eigen invoer.

Elke impact kan worden beschouwd vanuit drie hoofdaspecten: metabolisch, energetisch en informatief. De eerste houdt verband met veranderingen in de locatie, vorm en samenstelling van materie, de tweede met de overdracht en transformatie van energie en de derde met de overdracht en transformatie van informatie.

In de regeltheorie wordt alleen gekeken naar de informatieve kant van invloeden. Feedback kan dus worden gedefinieerd als het doorgeven van informatie over de uitvoerwaarde van het systeem aan de invoer of als de aankomst van informatie die is omgezet door de feedbacklink van de uitvoer naar de invoer van het systeem.

Het principe van het apparaat is gebaseerd op het toepassen van feedback. automatische besturingssystemen (ACS)… Daarin zorgt de aanwezigheid van feedback voor een toename van de ruisimmuniteit door een vermindering van de invloed van interferentie (z in Fig. 3) die in het voorste deel van het systeem werkt.

Rijst. 3.

Als je in een lineair systeem met verbindingen met overdrachtsfuncties Kx (p) en K2 (p) de terugkoppellus verwijdert, dan wordt het beeld x van de uitgangswaarde x bepaald door de volgende relatie:

Als in dit geval de uitvoerwaarde x exact gelijk moet zijn aan de referentieactie x *, dan moet de totale versterking van het systeem K (p) = K1 (p) K2 (p) gelijk zijn aan één en moet er geen interferentie z. De aanwezigheid van z en de afwijking van K (p) van de eenheid geven aanleiding tot een fout e, d.w.z. het verschil

Voor K (p) = 1 hebben we

Als we nu het systeem sluiten met behulp van feedback zoals getoond in Fig. 3, wordt het beeld van de uitvoerhoeveelheid x bepaald door de volgende relatie:

Uit de relatie volgt dat voor een voldoende grote versterkingsmodule Kx(p) de tweede term verwaarloosbaar is en dus de invloed van de interferentie z verwaarloosbaar. Tegelijkertijd zal de waarde van de outputgrootheid x zeer weinig verschillen van de waarde van de referentievariabele.

In een gesloten systeem met feedback is het mogelijk om de invloed van ruis aanzienlijk te verminderen in vergelijking met een open systeem, aangezien dit laatste niet reageert op de werkelijke toestand van het gecontroleerde object, "blind" en "doof" is tot een verandering in deze staat.

Laten we als voorbeeld een vliegtuigvlucht nemen. Als de roeren van het vliegtuig vooraf met hoge precisie zijn afgesteld zodat het in een bepaalde richting vliegt, en als ze stevig zijn bevestigd, dan zullen windvlagen en andere willekeurige en onvoorziene factoren het vliegtuig van de gewenste koers doen raken.

Alleen het feedbacksysteem (stuurautomaat) is in staat de positie te corrigeren, die de gegeven koers x* kan vergelijken met de werkelijke x en, afhankelijk van de resulterende afwijking, de roerstand kan wijzigen.

Van feedbacksystemen wordt vaak gezegd dat ze foutgestuurd zijn (discrepantie). Als de koppeling Kx (p) een versterker is met een voldoende grote versterking, dan blijft onder bepaalde voorwaarden die aan de overdrachtsfunctie K2 (p) worden opgelegd, het gesloten-lussysteem stabiel.

In dit geval kan de stationaire fout e willekeurig klein zijn. Het is voldoende dat het verschijnt aan de ingang van de versterker Kx (p) zodat een voldoende grote spanning wordt gevormd en wordt gevormd aan de uitgang, die automatisch interferentie compenseert en een zodanige waarde van x levert waarbij het verschil e= x * — x zou klein genoeg zijn.De kleinste toename van e veroorzaakt een onevenredig grotere toename van ti ... Daarom kan elke (binnen praktische grenzen) interferentie z worden gecompenseerd, en bovendien, met een willekeurig kleine waarde van de fout e, is het manoeuvreerpad met hoge versterking vaak diep genoemd.

Feedback in gemengde systemen vindt ook plaats tijdens het functioneren van complexe systemen die bestaan ​​uit objecten van verschillende aard, maar doelgericht handelen. Dit zijn systemen: operator (mens) en machine, leraar en student, docent en publiek, mens en leermiddel.

In al deze voorbeelden hebben we te maken met een gesloten keten van invloeden. Via de feedbackkanalen ontvangt de operator informatie over de aard van de werking van de bestuurde machine, de trainer - informatie over het gedrag van de student en de resultaten van training, enz. In al deze gevallen, tijdens het functioneren, beide de inhoud van de informatie die via de kanalen wordt verzonden, en de kanalen zelf veranderen aanzienlijk.