Kaj je povratna informacija v elektroniki in avtomatizaciji

Povratna informacija je učinek izhodne vrednosti vsakega sistema C (slika 1) na vhod istega sistema. Širše povratne informacije - vpliv rezultatov delovanja sistema na naravo tega delovanja.

Na delujoč sistem lahko poleg količine proizvodnje delujejo tudi zunanji vplivi (x na sliki 1). AV-vezje, skozi katerega se prenaša povratna informacija, se imenuje povratna zanka, linija ali kanal.

riž. 1.

Sam kanal lahko vsebuje poljuben sistem (D, slika 2), ki transformira izhodno vrednost v procesu njenega prenosa. V tem primeru naj bi se povratna informacija od izhoda sistema do njegovega vhoda pojavila z uporabo ali prek sistema D.

riž. 2.

Povratna zveza je eden najpomembnejših konceptov v elektroniki in teoriji avtomatskega krmiljenja. Konkretne primere implementacije sistemov, ki vsebujejo povratne informacije, lahko najdemo pri preučevanju najrazličnejših procesov v avtomatskih sistemih, živih organizmih, gospodarskih strukturah itd.

Zaradi univerzalnosti pojma, uporabnega na različnih področjih znanosti in tehnologije, terminologija na tem področju ni ustaljena in vsako posamezno področje znanja praviloma uporablja svojo terminologijo.

na primer v avtomatskih krmilnih sistemih za široko uporabo pojma negativne in pozitivne povratne informacije, ki določajo povezavo med izhodom sistema in njegovim vhodom preko ojačevalne povezave z ustreznim negativnim ali pozitivnim ojačenjem.

V teoriji elektronskih ojačevalnikov je pomen teh izrazov drugačen: povratna informacija se imenuje negativna, kar zmanjša absolutno vrednost celotnega dobička, pozitivna pa jo poveča.

Glede na izvedbene metode v teoriji obstajajo elektronski ojačevalniki tokovne, napetostne in kombinirane povratne informacije.

Avtomatski krmilni sistemi pogosto vključujejo dodatni preglediuporablja se za stabilizacijo sistemov ali izboljšanje prehodnih pojavov v njih. Včasih se imenujejo korektiv in med njimi so težko (izvedeno z ojačevalno povezavo), prilagodljiva (izvedeno z diferencialno relacijo), izodromno itd.

V različnih sistemih lahko vedno najdete zaprta veriga vpliva… Na primer, na sl. 2 del B sistema deluje na del D, ta pa spet na C. Zato se takšni sistemi tudi imenujejo zaprtozančni sistemi, zaprtozančni ali zaprtozančni sistemi.

V kompleksnih sistemih lahko obstaja veliko različnih povratnih zank. V sistemu z več elementi lahko izhod vsakega elementa na splošno vpliva na vhode vseh drugih elementov, vključno z njegovim lastnim vhodom.

Vsak vpliv lahko obravnavamo s treh glavnih vidikov: presnovnega, energijskega in informacijskega. Prvi je povezan s spremembami lokacije, oblike in sestave snovi, drugi s prenosom in transformacijo energije, tretji pa s prenosom in transformacijo informacij.

V teoriji nadzora se upošteva samo informacijska stran vplivov. Tako lahko povratno informacijo opredelimo kot posredovanje informacij o izhodni vrednosti sistema na njegov vhod ali kot prihod informacij, ki jih povratna povezava pretvori iz izhoda na vhod sistema.

Načelo naprave temelji na uporabi povratne informacije. avtomatski krmilni sistemi (ACS)… V njih prisotnost povratne zveze zagotavlja povečanje odpornosti proti hrupu zaradi zmanjšanja vpliva motenj (z na sliki 3), ki delujejo v sprednjem delu sistema.

riž. 3.

Če v linearnem sistemu s povezavami s prenosnima funkcijama Kx (p) in K2 (p) odstranite povratno zanko, potem je slika x izhodne vrednosti x določena z naslednjim razmerjem:

Če se v tem primeru zahteva, da je izhodna vrednost x natančno enaka referenčnemu dejanju x *, potem mora biti skupni dobiček sistema K (p) = K1 (p) K2 (p) enak enoti in mora biti brez motenj z. Prisotnost z in odstopanje K (p) od enote povzročita napako e, tj. razlika

Za K (p) = 1 imamo

Če zdaj zapremo sistem z uporabo povratne informacije, kot je prikazano na sl. 3 bo slika izhodne količine x določena z naslednjim razmerjem:

Iz razmerja sledi, da je pri dovolj velikem modulu ojačanja Kx (p) drugi člen zanemarljiv in je zato vpliv motnje z zanemarljiv. Hkrati se bo vrednost izhodne količine x zelo malo razlikovala od vrednosti referenčne spremenljivke.

V zaprtem sistemu s povratno zvezo je mogoče bistveno zmanjšati vpliv hrupa v primerjavi z odprtim sistemom, saj se slednji ne odziva na dejansko stanje nadzorovanega objekta, je "slep" in "gluh" «do spremembe. v tem stanju.

Vzemimo za primer let z letalom. Če so krmila letala vnaprej nastavljena z visoko natančnostjo, da leti v določeni smeri, in če so togo pritrjena, bodo sunki vetra in drugi naključni in nepredvideni dejavniki zbili letalo z želene smeri.

Pozicijo je sposoben korigirati le povratni sistem (avtopilot), ki je sposoben primerjati dani kurs x * z dejanskim x in glede na nastalo odstopanje spreminjati položaj krmila.

Za sisteme povratnih informacij se pogosto reče, da temeljijo na napakah (diskrepanca). Če je povezava Kx (p) ojačevalnik z dovolj velikim ojačenjem, potem pod določenimi pogoji, naloženimi prenosni funkciji K2 (p) do konca poti, zaprtozančni sistem ostane stabilen.

V tem primeru je lahko stacionarna napaka e poljubno majhna. Dovolj je, da se pojavi na vhodu ojačevalnika Kx (p), da nastane in na njegovem izhodu nastane dovolj velika napetost, ki samodejno kompenzira motnje in zagotovi takšno vrednost x, pri kateri je razlika e= x * — x bi bil dovolj majhen.Najmanjše povečanje e povzroči nesorazmerno večje povečanje ti ... Zato je možno kakršno koli (v praktičnih mejah) motenje z kompenzirati, poleg tega pa je pri poljubno majhni vrednosti napake e manevrska pot z velikim ojačenjem pogosto imenovana globoka.

Povratne informacije v mešanih sistemih potekajo tudi med delovanjem kompleksnih sistemov, ki so sestavljeni iz predmetov različne narave, vendar delujejo namensko. To so sistemi: operater (človek) in stroj, učitelj in učenec, predavatelj in občinstvo, človek in učna naprava.

V vseh teh primerih imamo opravka s sklenjeno verigo vplivov. Preko povratnih kanalov operater prejme informacije o naravi delovanja krmiljenega stroja, trener - informacije o vedenju študenta in rezultatih usposabljanja itd. V vseh teh primerih v procesu delovanja oba bistveno se spremeni vsebina informacij, ki se prenašajo po kanalih, in kanali sami.