Mi a visszacsatolás az elektronikában és az automatizálásban

A visszacsatolás az egyes C rendszerek (1. ábra) kimeneti értékének ugyanazon rendszer bemenetére gyakorolt ​​hatása. Szélesebb visszacsatolás – a rendszer működésének eredményeinek hatása a működés jellegére.

Egy működő rendszerre a kimenet mennyiségén kívül külső hatások is hathatnak (x az 1. ábrán). Az AV áramkört, amelyen keresztül a visszacsatolás továbbításra kerül, visszacsatoló huroknak, vonalnak vagy csatornának nevezzük.

Rizs. 1.

Maga a csatorna tartalmazhat bármilyen rendszert (D, 2. ábra), amely átalakítja a kimeneti értéket az átvitele során. Ebben az esetben a visszacsatolás a rendszer kimenetéről a bemenetére a D rendszeren keresztül történik.

Rizs. 2.

A visszacsatolás az elektronika és az automata vezérlés elméletének egyik legfontosabb fogalma. A visszacsatolást tartalmazó rendszerek megvalósítására konkrét példákat találhatunk az automatikus rendszerek, élő szervezetek, gazdasági struktúrák stb.

A fogalom univerzalitása miatt, amely a tudomány és a technológia különböző területein alkalmazható, ezen a területen a terminológia nincs kialakítva, és általában minden egyes tudásterület a saját terminológiáját használja.

Például, automatikus vezérlőrendszerekben széleskörben használt negatív és pozitív visszacsatolás fogalmai, amelyek meghatározzák a kapcsolatot a rendszer kimenete és annak bemenete között egy erősítési kapcsolaton keresztül, megfelelő negatív vagy pozitív erősítéssel.

Az elektronikus erősítők elméletében ezeknek a kifejezéseknek a jelentése más: a visszacsatolást negatívnak nevezik, ami csökkenti a teljes nyereség abszolút értékét, és pozitív - növeli.

A megvalósítástól függően az elektronikus erősítők elméletében léteznek módszerek áram, feszültség és kombinált visszacsatolások.

Az automatikus vezérlőrendszerek gyakran tartalmazzák további véleményekrendszerek stabilizálására vagy a bennük lévő tranziensek javítására szolgál. Néha úgy hívják javító és köztük vannak kemény (erősítő csatlakozással hajtva végre), rugalmas (differenciáló relációval valósítva meg), izodróm stb.

A különböző rendszerekben mindig megtalálható zárt befolyási lánc… Például az ábrán. A 2. ábrán a rendszer B része a D-re, az utóbbi pedig ismét a C-re hat. Ezért az ilyen rendszereket ún. zárt hurkú rendszerek, zárt hurkú vagy zárt hurkú rendszerek.

Összetett rendszerekben sokféle visszacsatoló hurok létezhet. Egy többelemes rendszerben az egyes elemek kimenete általánosságban véve befolyásolhatja az összes többi elem bemenetét, beleértve a saját bemenetét is.

Mindegyik hatás három fő szempont szerint vizsgálható: metabolikus, energetikai és információs. Az első az anyag elhelyezkedésének, alakjának és összetételének változásaihoz kapcsolódik, a második az energia átviteléhez és átalakulásához, a harmadik pedig az információ átviteléhez és átalakulásához.

Az irányításelméletben a hatásoknak csak az információs oldalát veszik figyelembe. Így a visszacsatolás úgy definiálható információ továbbítása a rendszer kimeneti értékéről a bemenetére, vagy a visszacsatoló kapcsolat által átalakított információ érkezéseként a kimenetről a rendszer bemenetére.

A készülék elve a visszacsatolás alkalmazásán alapul. automatikus vezérlőrendszerek (ACS)… Ezekben a visszacsatolás jelenléte növeli a zajtűrést a rendszer elülső részében ható interferencia hatásának csökkenése miatt (z a 3. ábrán).

Rizs. 3.

Ha a Kx (p) és K2 (p) átviteli függvényekkel rendelkező lineáris rendszerben eltávolítja a visszacsatoló hurkot, akkor az x kimeneti érték x képét a következő összefüggés határozza meg:

Ha ebben az esetben az x kimeneti értéknek pontosan egyenlőnek kell lennie az x * referenciaművelettel, akkor a K (p) = K1 (p) K2 (p) rendszer teljes erősítésének egyenlőnek kell lennie egységgel és nincs interferencia z. A z jelenléte és a K (p) egységtől való eltérése e hibát eredményez, azaz. a különbség

K (p) = 1 esetén megvan

Ha most visszacsatolás segítségével zárjuk be a rendszert, ahogy az ábra mutatja. 3, az x kimeneti mennyiség képét a következő összefüggés határozza meg:

Az összefüggésből az következik, hogy kellően nagy Kx (p) erősítési modul esetén a második tag elhanyagolható, ezért a z interferencia hatása elhanyagolható. Ugyanakkor az x kimeneti mennyiség értéke nagyon kevéssé fog eltérni a referenciaváltozó értékétől.

Visszacsatolásos zárt rendszerben jelentősen csökkenthető a zaj befolyása a nyílt rendszerhez képest, mivel az utóbbi nem reagál a vezérelt tárgy aktuális állapotára, "vak" és "süket" «a változásig ebben az állapotban.

Vegyünk példának egy repülőgépes repülést. Ha a gép kormányait nagy pontossággal előre úgy állítják be, hogy egy bizonyos irányba repüljön, és ha mereven rögzítik, akkor széllökések és egyéb véletlenszerű és előre nem látható tényezők kiütik a gépet a kívánt irányról.

A pozíció korrigálására csak a visszacsatoló rendszer (autopilot) képes, amely képes az adott x * irányt a tényleges x-szel összehasonlítani, és az ebből adódó eltéréstől függően megváltoztatni a kormányhelyzetet.

A visszacsatoló rendszerekről gyakran azt mondják, hogy hibavezérelt (eltérés). Ha a Kx (p) link egy kellõen nagy erõsítésû erõsítõ, akkor bizonyos feltételek mellett, amelyek a K2 (p) átviteli függvényre támaszkodnak, az út hátralevõ részében a zárt hurkú rendszer stabil marad.

Ebben az esetben az e steady-state hiba tetszőlegesen kicsi lehet. Elég, ha a Kx (p) erősítő bemenetén megjelenik, hogy kellően nagy feszültség képződjön és képződjön a kimenetén, ami automatikusan kompenzálja az interferenciát és olyan x értéket ad, amelynél az e= x különbség * — x elég kicsi lenne.Az e legkisebb növekedése aránytalanul nagyobb ti növekedést okoz... Ezért bármilyen (gyakorlati keretek között) z interferencia kompenzálható, ráadásul tetszőlegesen kis e hibaértékkel a nagy nyereségű manőverezési út gyakran mélynek nevezik.

A vegyes rendszerekben a visszacsatolás a különböző természetű objektumokból álló, de célirányosan működő komplex rendszerek működése során is megtörténik. Ezek a rendszerek: kezelő (ember) és gép, tanár és diák, oktató és hallgatóság, ember és tanuló eszköz.

Mindezekben a példákban a hatások zárt láncolatával van dolgunk. A visszacsatolási csatornákon keresztül a kezelő információt kap a vezérelt gép működésének jellegéről, az oktató - információkat a tanuló viselkedéséről és a képzés eredményeiről stb. Mindezen esetekben a működés során mind a kettő a csatornákon keresztül továbbított információ tartalma, és maguk a csatornák is jelentősen megváltoznak.