Interested Article - Обратная связь (техника)

belle
  • 2020-10-30
  • 1

Обра́тная связь в технике — это процесс, приводящий к тому, что результат функционирования какой-либо системы влияет на параметры, от которых зависит функционирование этой системы. Другими словами, на вход системы подаётся сигнал, пропорциональный её выходному сигналу (или, в общем случае, являющийся функцией этого сигнала). Часто это делается преднамеренно, чтобы повлиять на динамику функционирования системы.

Различают положительную и отрицательную обратную связь. Если сигнал обратной связи с выхода находится в фазе с входным сигналом, то обратная связь называется положительной. Если сигнал обратной связи сдвинут по фазе на 180° по отношению к входному сигналу, то обратная связь называется отрицательной.

Положительную или отрицательную обратную связь не следует путать с силой обратной связи.

Циклический процесс обратной связи

История

Механизмы саморегулирования существовали с древнейших времен, а идея обратной связи начала входить в экономическую теорию Великобритании к XVIII веку, но в то время она не была признана универсальной и поэтому не имела названия .

Первым известным устройством искусственной обратной связи был для поддержания воды на постоянном уровне, изобретенный в 270 году до нашей эры в Александрии . Это устройство иллюстрировало принцип обратной связи: низкий уровень воды открывает клапан , затем поднимающаяся вода обеспечивает обратную связь c системой, закрывая клапан при достижении требуемого уровня. Это повторяется по кругу, если уровень воды колеблется .

Центробежные регуляторы использовались для регулирования расстояния и давления между жерновами в ветряных мельницах с 17 века. В 1788 году Джеймс Уатт разработал свой первый центробежный регулятор по предложению своего делового партнера Мэтью Боултона для использования в паровых двигателях . Ранние паровые двигатели использовали чисто возвратно-поступательное движение и использовались для перекачки воды — это применение не чувствительно к изменению рабочей скорости, но использование паровых двигателей в других случаях требовало более точного контроля скорости.

В 1868 году Джеймс Клерк Максвелл написал знаменитую работу "О регуляторах", которая считается классической в теории управления и математики обратной связи .

Фраза "to feed back", в смысле возвращения к более раннему положению в механическом процессе, была впервые использована в США в 1860-е годы , а в 1909 году нобелевский лауреат Карл Фердинанд Браун использовал термин "feed-back" в качестве существительного для обозначения (нежелательной) связи между компонентами аналоговой схемы .

В 1912 году исследователи, использовавшие ранние электронные усилители ( ), обнаружили, что намеренное направление части выходного сигнала обратно во входную цепь увеличивает усиление (через регенерацию ), но также вызывает лишний шум в устройстве. Это действие обратной передачи сигнала с выхода на вход привело к использованию термина "обратная связь" в качестве отдельного слова к 1920 году .

На протяжении многих лет существовал некоторый спор относительно наилучшего определения обратной связи. Согласно Эшби , математики и теоретики, интересующиеся принципами механизмов обратной связи, предпочитают определение "цикличности действия", которое сохраняет теорию простой и последовательной. Для более практических целей обратная связь должна преднамеренно воздействовать через какую-то более осязаемую связь.

Экспериментаторы возражают против математического определения обратной связи, так как в этом случае обратная связь присутствует в обычном маятнике между его положением и его импульсом — "обратная связь", которая, с практической точки зрения, несколько мистична. На это математики возражают, что если обратная связь должна действовать только тогда, когда есть реальный провод или нерв , чтобы представлять её, то теория становится хаотичной и пронизанной несоответствиями .

Также имеется определение обратной связи как "информации о разрыве между фактическим уровнем и эталонным уровнем системного параметра", которая используется для "некоторого изменения разрыва". При этом информация сама по себе не является обратной связью, если она не переведена в действие .

Типы

Положительная и отрицательная обратная связь

Поддержание желаемой производительности системы несмотря на помехи использования отрицательной обратной связи для уменьшения системных ошибок
Пример цикла с положительной обратной связью

Положительная обратная связь : Если сигнал обратной связи с выхода находится в фазе с входным сигналом, то обратная связь является положительной.

Отрицательная обратная связь : Если сигнал обратной связи имеет противоположную полярность или находится вне фазы на 180° по отношению к входному сигналу, то обратная связь называется отрицательной обратной связью.

В качестве примера отрицательной обратной связи можно представить систему круиз-контроля в автомобиле, которая соответствует целевой скорости . Управляемая система — это автомобиль; ее вход включает в себя комбинированный крутящий момент от двигателя и от изменяющегося уклона дороги.

Скорость (состояние) автомобиля измеряется спидометром . Сигнал ошибки — это отклонение скорости, измеренной спидометром, от заданной скорости. Эта измеренная погрешность интерпретируется контроллером для регулировки акселератора , управляющего потоком топлива в двигатель. Результирующее изменение крутящего момента двигателя, обратная связь, сочетается с изменением крутящего момента вследствие изменения уклона дороги , чтобы уменьшить ошибку в скорости минимизируя дорожные помехи.

Термины "положительная" и "отрицательная" были впервые применены к обратной связи в 1920-е годы с введением регенеративной схемы . В 1924 году Фриис и Йенсен описали регенерацию в наборе электронных усилителей как случай, когда действие "обратной связи" является положительным в отличие от отрицательного действия обратной связи, о котором они упоминают лишь мимоходом . Классическая статья 1934 года впервые подробно описывает использование отрицательной обратной связи в электронных усилителях. По словам Блэка, положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления усилителя, отрицательная обратная связь уменьшает его . Однако ещё до того, как были впервые применены эти термины, Джеймс Клерк Максвелл описал несколько видов "компонентных движений", связанных с центробежными регуляторами, используемыми в паровых двигателях , различая те, которые приводят к постоянному увеличению возмущения или амплитуды колебаний, и те, которые приводят к их уменьшению .

Пример цикла с отрицательной обратной связью

См. также

Примечания

  1. (1989). Authority, liberty, & automatic machinery in early modern Europe . Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0-8018-3939-9 .
  2. Moloney, Jules (2011). Designing Kinetics for Architectural Facades . Routledge. ISBN 978-0415610346 .
  3. Maxwell, James Clerk (1868). . Proceedings of the Royal Society of London . 16: 270–283.
  4. (англ.) . Дата обращения: 25 марта 2021. 28 апреля 2020 года.
  5. (англ.) . Дата обращения: 25 марта 2021. 28 апреля 2020 года.
  6. (амер. англ.) . NobelPrize.org . Дата обращения: 25 марта 2021. 1 декабря 2017 года.
  7. Stuart Bennett (1979). . Stevenage; New York: Peregrinus for the Institution of Electrical Engineers. ISBN 978-0-906048-07-8 .
  8. W. Ross Ashby (1957). от 19 февраля 2018 на Wayback Machine . Chapman & Hall LTD, 37 ESSEX STREET WC2, London, UK.
  9. Ramaprasad, Arkalgud (1983). . Behavioral Science . 28 : 4–13.
  10. David A. Mindell (2002). от 23 марта 2021 на Wayback Machine . Baltimore, MD, US: Johns Hopkins University Press. ISBN 9780801868955 .
  11. Friis, H.T., and A.G.Jensen. "High Frequency Amplifiers" Bell System Technical Journal 3 (April 1924):181–205.
  12. H.S. Black, "Stabilized feed-back amplifiers", Electrical Engineering , vol. 53, pp. 114–120, January 1934.
  13. Maxwell, James Clerk (1868). " ". Proceedings of the Royal Society of London . 16 : 270–283.

Ссылки

Источник —

belle
  • 2020-10-30
  • 1
  • Tags:

Same as Обратная связь (техника)

The title for the last searches