Co je zpětná vazba v elektronice a automatizaci

Zpětná vazba je vliv výstupní hodnoty každého systému C (obr. 1) na vstup stejného systému. Širší zpětná vazba — vliv výsledků fungování systému na povahu tohoto fungování.

Na fungující systém mohou kromě množství výkonu působit i vnější vlivy (x na obr. 1). AV obvod, kterým je zpětná vazba přenášena, se nazývá zpětnovazební smyčka, linka nebo kanál.

Rýže. 1.

Samotný kanál může obsahovat libovolný systém (D, obr. 2), který transformuje výstupní hodnotu v procesu jejího přenosu. V tomto případě se říká, že zpětná vazba z výstupu systému na jeho vstup probíhá pomocí nebo prostřednictvím D systému.

Rýže. 2.

Zpětná vazba je jedním z nejdůležitějších pojmů v elektronice a teorii automatického řízení. Konkrétní příklady implementace systémů obsahujících zpětnou vazbu lze nalézt při studiu široké škály procesů v automatických systémech, živých organismech, ekonomických strukturách atd.

Vzhledem k univerzalitě konceptu, použitelnému v různých oblastech vědy a techniky, není terminologie v této oblasti ustálená a každá konkrétní oblast vědění používá zpravidla vlastní terminologii.

Například, v automatických řídicích systémech široce používaný koncepty negativní a pozitivní zpětné vazby, které definují spojení mezi výstupem systému a jeho vstupem prostřednictvím zapojení zesílení s odpovídajícím záporným nebo kladným zesílením.

V teorii elektronických zesilovačů je význam těchto pojmů odlišný: zpětná vazba se nazývá negativní, což snižuje absolutní hodnotu celkového zisku, a pozitivní - zvyšuje ji.

V závislosti na implementačních metodách v teorii elektronových zesilovačů existují proudové, napěťové a kombinované zpětné vazby.

Automatické řídicí systémy často zahrnují další recenzepoužívá se ke stabilizaci systémů nebo zlepšení přechodových jevů v nich. Někdy se jim říká korektivní a mezi nimi jsou tvrdý (provádí se pomocí připojení booster), flexibilní (implementováno diferenciačním vztahem), izodromické atd.

V různých systémech vždy najdete uzavřený řetězec vlivu… Například na Obr. 2, část B systému působí na část D a ta opět na C. Proto se takové systémy také nazývají systémy s uzavřenou smyčkou, systémy s uzavřenou smyčkou nebo systémy s uzavřenou smyčkou.

Ve složitých systémech může existovat mnoho různých zpětnovazebních smyček. Ve víceprvkovém systému může výstup každého prvku, obecně řečeno, ovlivnit vstupy všech ostatních prvků, včetně jeho vlastního vstupu.

Každý dopad lze posuzovat ze tří hlavních hledisek: metabolického, energetického a informačního. První souvisí se změnami v umístění, tvaru a složení hmoty, druhý s přenosem a přeměnou energie a třetí s přenosem a přeměnou informací.

V teorii řízení se uvažuje pouze o informační stránce vlivů. Zpětnou vazbu lze tedy definovat jako předávání informace o výstupní hodnotě systému na jeho vstup nebo jako příchod informace převedené zpětnovazebním spojem z výstupu na vstup systému.

Princip zařízení je založen na aplikaci zpětné vazby. automatické řídicí systémy (ACS)… V nich přítomnost zpětné vazby zajišťuje zvýšení odolnosti proti šumu v důsledku snížení vlivu rušení (z na obr. 3) působícího v přední části systému.

Rýže. 3.

Pokud v lineárním systému se spojeními s přenosovými funkcemi Kx (p) a K2 (p) odstraníte zpětnovazební smyčku, pak je obraz x výstupní hodnoty x určen následujícím vztahem:

Pokud je v tomto případě požadováno, aby výstupní hodnota x byla přesně rovna referenční akci x *, pak celkový zisk systému K (p) = K1 (p) K2 (p) musí být roven jednotce a musí být žádné rušení z. Přítomnost z a odchylka K (p) od jednoty dávají vzniknout chybě e, tzn. rozdíl

Pro K (p) = 1 máme

Pokud nyní uzavřeme systém pomocí zpětné vazby, jak je znázorněno na Obr. 3 bude obraz výstupní veličiny x určen následujícím vztahem:

Ze vztahu vyplývá, že pro dostatečně velký ziskový modul Kx (p) je druhý člen zanedbatelný a tudíž vliv rušení z je zanedbatelný. Hodnota výstupní veličiny x se přitom bude velmi málo lišit od hodnoty referenční proměnné.

V uzavřeném systému se zpětnou vazbou je možné výrazně snížit vliv hluku ve srovnání s otevřeným systémem, protože ten nereaguje na skutečný stav řízeného objektu, je „slepý“ a „hluchý“ «dokud nedojde ke změně v tomto stavu.

Vezměme si jako příklad let letadlem. Pokud jsou kormidla letadla předem nastavena s vysokou přesností tak, aby letěla určitým směrem, a pokud jsou pevně upevněna, pak poryvy větru a další náhodné a nepředvídané faktory srazí letadlo z požadovaného kurzu.

Korigovat polohu je schopen pouze zpětnovazební systém (autopilot), který je schopen porovnat daný kurz x * se skutečným x a v závislosti na výsledné odchylce změnit polohu kormidla.

O systémech zpětné vazby se často říká, že jsou řízeny chybami (nesoulad). Pokud je spoj Kx (p) zesilovačem s dostatečně velkým zesílením, pak za určitých podmínek uložených na přenosové funkci K2 (p) ve zbytku zůstává systém s uzavřenou smyčkou stabilní.

V tomto případě může být chyba e v ustáleném stavu libovolně malá. Stačí, že se objeví na vstupu zesilovače Kx (p), aby se vytvořilo a na jeho výstupu vytvořilo dostatečně velké napětí, které automaticky kompenzuje rušení a poskytne takovou hodnotu x, při které je rozdíl e= x * — x by bylo dostatečně malé.Nejmenší přírůstek e způsobí nepoměrně větší přírůstek ti... Proto lze kompenzovat jakoukoli (v praktických mezích) interferenci z a navíc při libovolně malé hodnotě chyby e je manévrovací dráha s vysokým ziskem. často nazýván hluboký.

Zpětná vazba ve smíšených systémech probíhá i při fungování komplexních systémů skládajících se z objektů různé povahy, ale působících účelově. Jsou to systémy: operátor (člověk) a stroj, učitel a student, přednášející a publikum, člověk a učící se zařízení.

Ve všech těchto příkladech máme co do činění s uzavřeným řetězcem vlivů. Prostřednictvím zpětnovazebních kanálů dostává operátor informace o povaze fungování řízeného stroje, trenér - informace o chování žáka a výsledcích výcviku atd. Ve všech těchto případech v procesu fungování oba obsah informací přenášených prostřednictvím kanálů a kanály samotné se výrazně mění.