Какво е обратна връзка в електрониката и автоматизацията
Обратната връзка е ефектът от изходната стойност на всяка система C (фиг. 1) върху входа на същата система. По -широко обратна връзка — влиянието на резултатите от функционирането на системата върху естеството на това функциониране.
В допълнение към количеството на продукцията, външни влияния могат да действат и върху функционираща система (x на фиг. 1). АВ веригата, през която се предава обратната връзка, се нарича верига, линия или канал за обратна връзка.
Ориз. 1.
Самият канал може да съдържа всяка система (D, фиг. 2), която трансформира изходната стойност в процеса на нейното предаване. В този случай се казва, че обратната връзка от изхода на системата към нейния вход се осъществява с помощта или чрез системата D.
Ориз. 2.
Обратната връзка е едно от най -важните понятия в електрониката и теорията на автоматичното управление. Конкретни примери за внедряване на системи, съдържащи обратна връзка, могат да бъдат намерени при изследване на голямо разнообразие от процеси в автоматични системи, живи организми, икономически структури и др.
Поради универсалността на концепцията, приложима в различни области на науката и технологията, терминологията в тази област не е установена и във всяка конкретна област на знание по правило се използва собствена терминология.
Например, в системите за автоматично управление широко използван концепции за отрицателна и положителна обратна връзка, които определят връзката между изхода на системата и нейния вход чрез усилваща връзка със съответно отрицателно или положително усилване.
В теорията на електронните усилватели значението на тези термини е различно: обратната връзка се нарича отрицателна, което намалява абсолютната стойност на общата печалба, а положителната — я увеличава.
В зависимост от методите за внедряване в теорията на електронните усилватели съществуват обратни връзки за ток, напрежение и комбинирани.
Системите за автоматично управление често включват допълнителни отзивиизползвани за стабилизиране на системите или подобряване на преходните процеси в тях. Те понякога се наричат коригиращ и сред тях има труден (извършва се с помощта на усилваща връзка), гъвкав (изпълнява се чрез диференцираща връзка), изодромен и т.н.
В различни системи винаги можете да намерите затворена верига от влияния… Например, на фиг. 2, част В от системата действа върху част D, а последната отново върху C. Следователно такива системи също се наричат системи със затворена верига от действия, системи със затворен цикъл или затворен контур.
В сложните системи могат да съществуват много различни контури за обратна връзка. В многоелементна система изходът на всеки елемент може, най-общо казано, да повлияе на входовете на всички останали елементи, включително на неговия собствен вход.
Всяко въздействие може да се разглежда от три основни аспекта: метаболитен, енергичен и информационен. Първият е свързан с промени в местоположението, формата и състава на материята, вторият — с прехвърлянето и преобразуването на енергия, а третият — с предаването и трансформирането на информация.
В теорията на контрола се разглежда само информационната страна на влиянията. По този начин обратната връзка може да бъде определена като предаване на информация за изходната стойност на системата към нейния вход или като пристигане на информация, преобразувана от връзката за обратна връзка от изхода към входа на системата.
Принципът на устройството се основава на прилагането на обратна връзка. автоматични системи за управление (ACS)… При тях наличието на обратна връзка осигурява повишаване на шумоустойчивостта поради намаляване на влиянието на смущенията (z на фиг. 3), действащо в предната част на системата.
Ориз. 3.
Ако в линейна система с връзки с трансферни функции Kx (p) и K2 (p) премахнете контура за обратна връзка, тогава изображението x на изходната стойност x се определя от следната връзка:
Ако в този случай се изисква изходната стойност x да бъде точно равна на референтното действие x *, тогава общата печалба на системата K (p) = K1 (p) K2 (p) трябва да бъде равна на единица и там не трябва да има смущения z. Наличието на z и отклонението на K (p) от единицата пораждат грешка e, т.е. разликата
За K (p) = 1 имаме
Ако сега затворим системата, използвайки обратна връзка, както е показано на фиг. 3, изображението на изходното количество x ще бъде определено от следната връзка:
От съотношението следва, че за достатъчно голям модул печалбата Kx (p), вторият член е незначителен и следователно влиянието на интерференцията z е незначително. В същото време стойността на изходното количество x ще се различава много малко от стойността на референтната променлива.
В затворена система с обратна връзка е възможно значително да се намали влиянието на шума в сравнение с отворена система, тъй като последната не реагира на действителното състояние на управлявания обект, е „сляпа“ и „глуха“ «до промяна в това състояние.
Нека вземем самолетен полет като пример. Ако кормилата на самолета са предварително настроени с висока точност, така че той да лети в определена посока, и ако те са фиксирани твърдо, тогава поривите на вятъра и други случайни и непредвидени фактори ще избият самолета от желания курс.
Само системата за обратна връзка (автопилот) е в състояние да коригира позицията, която е в състояние да сравни дадения курс x * с действителния x и в зависимост от произтичащото отклонение да промени позицията на кормилата.
Често се казва, че системите за обратна връзка се управляват от грешка e (несъответствие). Ако връзката Kx (p) е усилвател с достатъчно голям коефициент на усилване, тогава при определени условия, наложени на трансферната функция K2 (p) на останалата част от пътя, системата със затворен контур остава стабилна.
В този случай грешката e в стационарен режим може да бъде произволно малка. Достатъчно е той да се появи на входа на усилвателя Kx (p), така че да се образува достатъчно голямо напрежение и да се формира на неговия изход, което автоматично компенсира смущенията и осигурява такава стойност на x, при която разликата д= x * — x би било достатъчно малко. Най -малкото увеличение на e причинява непропорционално по -голямо увеличение ти… Следователно, всяка (в практически граници) намеса z може да бъде компенсирана и освен това, с произволно малка стойност на грешката e, маневреният път с голяма печалба често се нарича дълбок.
Обратната връзка в смесените системи също се осъществява по време на функционирането на сложни системи, състоящи се от обекти от различно естество, но действащи целенасочено. Това са системи: оператор (човек) и машина, учител и студент, лектор и публика, човек и устройство за учене.
Във всички тези примери имаме работа със затворена верига от влияния. Чрез каналите за обратна връзка операторът получава информация за естеството на функционирането на управляваната машина, обучителят — информация за поведението на ученика и резултатите от обучението и пр. Във всички тези случаи, в процеса на функциониране, и двете съдържанието на информацията, предавана по каналите, и самите канали се променят значително.