Was ist Feedback in der Elektronik und Automatisierung?

Rückkopplung ist die Auswirkung des Ausgangswerts jedes Systems C (Abb. 1) auf den Eingang desselben Systems. Breiter Feedback – der Einfluss der Ergebnisse der Funktionsweise des Systems auf die Art dieser Funktionsweise.

Neben der Leistungsmenge können auch äußere Einflüsse auf ein funktionierendes System einwirken (x in Abb. 1). Der AV-Schaltkreis, über den das Feedback übertragen wird, wird als Feedback-Schleife, -Leitung oder -Kanal bezeichnet.

Reis. 1.

Der Kanal selbst kann ein beliebiges System (D, Abb. 2) enthalten, das den Ausgangswert bei seiner Übertragung umwandelt. In diesem Fall soll die Rückmeldung vom Ausgang des Systems zu seinem Eingang unter Verwendung oder über das D-System erfolgen.

Reis. 2.

Feedback ist eines der wichtigsten Konzepte in der Elektronik und der Theorie der automatischen Steuerung. Konkrete Beispiele für die Implementierung rückkopplungshaltiger Systeme finden sich in der Untersuchung verschiedenster Prozesse in automatischen Systemen, lebenden Organismen, Wirtschaftsstrukturen etc.

Aufgrund der Universalität des Konzepts, das in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technik anwendbar ist, ist die Terminologie in diesem Bereich nicht festgelegt und jedes spezifische Wissensgebiet verwendet in der Regel seine eigene Terminologie.

Zum Beispiel, in automatischen Steuerungssystemen weit verbreitet Konzepte von negativem und positivem Feedback, die die Verbindung zwischen dem Ausgang des Systems und seinem Eingang durch eine Verstärkungsverbindung mit entsprechender negativer oder positiver Verstärkung definieren.

In der Theorie elektronischer Verstärker haben diese Begriffe eine andere Bedeutung: Als negative Rückkopplung wird der Absolutwert der Gesamtverstärkung verringert, und als positive Rückkopplung wird sie erhöht.

Abhängig von den Implementierungsmethoden in der Theorie gibt es elektronische Verstärker Strom, Spannung und kombinierte Rückmeldungen.

Automatische Steuerungssysteme umfassen häufig zusätzliche Bewertungenwerden verwendet, um Systeme zu stabilisieren oder Transienten in ihnen zu verbessern. Sie werden manchmal genannt korrigierend und unter ihnen gibt es hart (wird über einen Booster-Anschluss durchgeführt), flexibel (umgesetzt durch differenzierende Beziehung), isodrom usw.

In verschiedenen Systemen kann man immer fündig werden geschlossene Einflusskette… Zum Beispiel in Abb. In Abb. 2 wirkt Teil B des Systems auf Teil D und dieser wiederum auf C. Daher werden solche Systeme auch genannt Closed-Loop-Systeme, Closed-Loop- oder Closed-Loop-Systeme.

In komplexen Systemen können viele verschiedene Rückkopplungsschleifen existieren. In einem System mit mehreren Elementen kann sich die Ausgabe jedes Elements im Allgemeinen auf die Eingaben aller anderen Elemente auswirken, einschließlich seiner eigenen Eingabe.

Jede Auswirkung kann unter drei Hauptaspekten betrachtet werden: Stoffwechsel, Energie und Information. Die erste bezieht sich auf Veränderungen in Ort, Form und Zusammensetzung der Materie, die zweite auf die Übertragung und Umwandlung von Energie und die dritte auf die Übertragung und Umwandlung von Informationen.

In der Kontrolltheorie wird nur die Informationsseite von Einflüssen betrachtet. Somit kann Feedback definiert werden als Weitergabe von Informationen über den Ausgabewert des Systems an seinen Eingang oder als Ankunft von Informationen, die durch die Rückkopplungsverbindung vom Ausgang an den Eingang des Systems umgewandelt wurden.

Das Prinzip des Gerätes basiert auf der Anwendung von Feedback. Automatische Kontrollsysteme (ACS)… In ihnen führt das Vorhandensein von Rückkopplungen zu einer Erhöhung der Störfestigkeit aufgrund einer Verringerung des Einflusses von Störungen (z in Abb. 3), die im vorderen Teil des Systems wirken.

Reis. 3.

Wenn Sie in einem linearen System mit Verbindungen mit den Übertragungsfunktionen Kx (p) und K2 (p) die Rückkopplungsschleife entfernen, wird das Bild x des Ausgangswerts x durch die folgende Beziehung bestimmt:

Wenn in diesem Fall der Ausgangswert x genau gleich der Referenzaktion x * sein muss, dann muss der Gesamtgewinn des Systems K (p) = K1 (p) K2 (p) gleich eins sein und es muss sein keine Beeinträchtigung z. Das Vorhandensein von z und die Abweichung von K (p) von der Einheit führen zu einem Fehler e, d.h. der Unterschied

Für K(p) = 1 gilt

Wenn wir nun das System per Feedback schließen, wie in Abb. 3 wird das Bild der Ausgangsgröße x durch die folgende Beziehung bestimmt:

Aus der Beziehung folgt, dass für einen ausreichend großen Verstärkungsmodul Kx (p) der zweite Term vernachlässigbar ist und daher der Einfluss der Störung z vernachlässigbar ist. Gleichzeitig weicht der Wert der Ausgangsgröße x kaum vom Wert der Führungsgröße ab.

In einem geschlossenen System mit Rückkopplung ist es möglich, den Einfluss von Geräuschen im Vergleich zu einem offenen System deutlich zu reduzieren, da letzteres nicht auf den tatsächlichen Zustand des gesteuerten Objekts reagiert, „blind“ und „taub“ ist in diesem Staat.

Nehmen wir als Beispiel einen Flug mit dem Flugzeug. Wenn die Ruder des Flugzeugs mit hoher Präzision voreingestellt sind, sodass es in eine bestimmte Richtung fliegt, und wenn sie starr fixiert sind, können Windböen und andere zufällige und unvorhergesehene Faktoren das Flugzeug vom gewünschten Kurs abbringen.

Zur Positionskorrektur ist nur das Rückmeldesystem (Autopilot) in der Lage, den vorgegebenen Kurs x* mit dem tatsächlichen x zu vergleichen und je nach resultierender Abweichung die Ruderlage zu ändern.

Feedbacksysteme werden oft als fehlergesteuert (Diskrepanz) bezeichnet. Wenn die Verbindung Kx (p) ein Verstärker mit ausreichend großer Verstärkung ist, bleibt das geschlossene Regelsystem unter bestimmten Bedingungen, die an die Übertragungsfunktion K2 (p) gestellt werden, im übrigen stabil.

In diesem Fall kann der stationäre Fehler e beliebig klein sein. Es reicht aus, dass es am Eingang des Verstärkers Kx (p) erscheint, so dass an seinem Ausgang eine ausreichend große Spannung entsteht, die Störungen automatisch ausgleicht und einen solchen Wert von x liefert, bei dem die Differenz e= x * — x wäre klein genug.Der kleinste Anstieg von e führt zu einem überproportional größeren Anstieg von ti... Daher kann jede (innerhalb praktischer Grenzen) Störung z kompensiert werden, und außerdem beträgt der Manövrierweg mit hoher Verstärkung bei einem beliebig kleinen Wert des Fehlers e oft als tief bezeichnet.

Rückkopplungen in gemischten Systemen finden auch beim Funktionieren komplexer Systeme statt, die aus Objekten unterschiedlicher Natur bestehen, aber zielgerichtet handeln. Dabei handelt es sich um Systeme: Bediener (Mensch) und Maschine, Lehrer und Schüler, Dozent und Publikum, Mensch und Lerngerät.

In all diesen Beispielen haben wir es mit einer geschlossenen Einflusskette zu tun. Über die Rückkopplungskanäle erhält der Bediener Informationen über die Art der Funktionsweise der gesteuerten Maschine, der Trainer Informationen über das Verhalten des Schülers und die Ergebnisse des Trainings usw. In all diesen Fällen ist beides im Funktionsprozess enthalten Der Inhalt der über die Kanäle übertragenen Informationen und die Kanäle selbst ändern sich erheblich.