Cos'è il feedback in elettronica e automazione

La retroazione è l'effetto del valore di uscita di ciascun sistema C (Fig. 1) sull'ingresso del sistema stesso. Più ampio feedback — l'influenza dei risultati del funzionamento del sistema sulla natura di questo funzionamento.

Oltre alla quantità di output, anche influenze esterne possono agire su un sistema funzionante (x in Fig. 1). Il circuito AV attraverso il quale viene trasmesso il feedback è chiamato loop, linea o canale di feedback.

Riso. 1.

Il canale stesso può contenere qualsiasi sistema (D, Fig. 2) che trasforma il valore di uscita nel processo della sua trasmissione. In questo caso, si dice che il feedback dall'uscita del sistema al suo ingresso avvenga utilizzando o attraverso il sistema D.

Riso. 2.

Il feedback è uno dei concetti più importanti nell'elettronica e nella teoria del controllo automatico. Esempi concreti dell'implementazione di sistemi contenenti feedback possono essere trovati nello studio di un'ampia varietà di processi in sistemi automatici, organismi viventi, strutture economiche, ecc.

A causa dell'universalità del concetto, applicabile in vari campi della scienza e della tecnologia, la terminologia in questo campo non è stabilita e ogni specifico campo della conoscenza, di norma, utilizza la propria terminologia.

Per esempio, nei sistemi di controllo automatico ampiamente usato concetti di feedback negativo e positivo, che definiscono la connessione tra l'uscita del sistema e il suo ingresso attraverso una connessione di guadagno con un corrispondente guadagno negativo o positivo.

Nella teoria degli amplificatori elettronici, il significato di questi termini è diverso: il feedback è chiamato negativo, che riduce il valore assoluto del guadagno complessivo e positivo - lo aumenta.

A seconda dei metodi di implementazione nella teoria degli amplificatori elettronici esistono feedback di corrente, tensione e combinati.

I sistemi di controllo automatico spesso includono ulteriori revisioniutilizzato per stabilizzare i sistemi o migliorare i transitori in essi. A volte vengono chiamati correttivo e tra loro ci sono difficile (eseguito utilizzando una connessione booster), flessibile (implementato dalla relazione di differenziazione), isodromico eccetera.

In diversi sistemi puoi sempre trovare catena di influenza chiusa… Ad esempio, nella fig. 2, la parte B del sistema agisce sulla parte D, e quest'ultima ancora su C. Pertanto, tali sistemi sono anche chiamati sistemi a circuito chiuso, sistemi a circuito chiuso o sistemi a circuito chiuso.

Nei sistemi complessi possono esistere molti circuiti di feedback differenti. In un sistema a più elementi, l'output di ciascun elemento può, in generale, influenzare gli input di tutti gli altri elementi, incluso il proprio input.

Ogni impatto può essere considerato da tre aspetti principali: metabolico, energetico e informativo. Il primo è legato ai cambiamenti di posizione, forma e composizione della materia, il secondo al trasferimento e alla trasformazione dell'energia, il terzo alla trasmissione e trasformazione dell'informazione.

Nella teoria del controllo, viene considerato solo il lato informativo delle influenze. Pertanto, il feedback può essere definito come passaggio di informazioni sul valore di output del sistema al suo input o come arrivo di informazioni convertite dal collegamento di feedback dall'output all'input del sistema.

Il principio del dispositivo si basa sull'applicazione del feedback. sistemi di controllo automatico (ACS)… In essi, la presenza del feedback fornisce un aumento dell'immunità al rumore dovuto a una riduzione dell'influenza dell'interferenza (z in Fig. 3) che agisce nella parte anteriore del sistema.

Riso. 3.

Se in un sistema lineare con connessioni con funzioni di trasferimento Kx (p) e K2 (p) si rimuove il circuito di retroazione, l'immagine x del valore di uscita x è determinata dalla seguente relazione:

Se in questo caso si richiede che il valore di uscita x sia esattamente uguale all'azione di riferimento x *, allora il guadagno totale del sistema K (p) = K1 (p) K2 (p) deve essere uguale all'unità e deve esserci nessuna interferenza z. La presenza di z e la deviazione di K (p) dall'unità danno luogo ad un errore e, cioè la differenza

Per K (p) = 1 abbiamo

Se ora chiudiamo il sistema usando il feedback come mostrato in Fig. 3, l'immagine della quantità di uscita x sarà determinata dalla seguente relazione:

Dalla relazione segue che per un modulo di guadagno sufficientemente grande Kx (p), il secondo termine è trascurabile e quindi l'influenza dell'interferenza z è trascurabile. Allo stesso tempo, il valore della grandezza di uscita x differirà molto poco dal valore della variabile di riferimento.

In un sistema chiuso con retroazione è possibile ridurre notevolmente l'influenza del rumore rispetto a un sistema aperto, poiché quest'ultimo non risponde allo stato effettivo dell'oggetto controllato, è "cieco" e "sordo" «fino a un cambiamento in questo stato.

Prendiamo come esempio un volo aereo. Se i timoni dell'aereo sono pre-regolati con alta precisione in modo che voli in una certa direzione, e se sono fissati rigidamente, le raffiche di vento e altri fattori casuali e imprevisti faranno deviare l'aereo dalla rotta desiderata.

Solo il sistema di feedback (pilota automatico) è in grado di correggere la posizione, che è in grado di confrontare la rotta data x * con la x effettiva e, a seconda della deviazione risultante, modificare la posizione del timone.

Si dice spesso che i sistemi di feedback siano guidati da errori (discrepanza). Se il collegamento Kx (p) è un amplificatore con un guadagno sufficientemente grande, allora in determinate condizioni imposte alla funzione di trasferimento K2 (p) il resto del percorso, il sistema ad anello chiuso rimane stabile.

In questo caso, l'errore di stato stazionario e può essere arbitrariamente piccolo. È sufficiente che appaia all'ingresso dell'amplificatore Kx (p) in modo che si formi e si formi una tensione sufficientemente grande alla sua uscita, che compensa automaticamente l'interferenza e fornisce un tale valore di x a cui la differenza e= x * — x sarebbe abbastanza piccolo.Il più piccolo aumento di e provoca un aumento sproporzionatamente maggiore di ti... Pertanto, qualsiasi (entro limiti pratici) interferenza z può essere compensata, e inoltre, con un valore arbitrariamente piccolo dell'errore e, il percorso di manovra ad alto guadagno è spesso chiamato profondo.

Il feedback nei sistemi misti avviene anche durante il funzionamento di sistemi complessi costituiti da oggetti di diversa natura, ma che agiscono intenzionalmente. Questi sono sistemi: operatore (umano) e macchina, insegnante e studente, docente e pubblico, umano e dispositivo di apprendimento.

In tutti questi esempi abbiamo a che fare con una catena chiusa di influenze. Attraverso i canali di feedback, l'operatore riceve informazioni sulla natura del funzionamento della macchina controllata, il trainer - informazioni sul comportamento dello studente e sui risultati dell'allenamento, ecc. In tutti questi casi, nel processo di funzionamento, entrambi il contenuto delle informazioni trasmesse attraverso i canali e i canali stessi cambiano in modo significativo.