Što je povratna sprega u elektronici i automatizaciji

Povratna veza je učinak izlazne vrijednosti svakog sustava C (slika 1) na ulaz istog sustava. Širi povratna sprega — utjecaj rezultata funkcioniranja sustava na prirodu tog funkcioniranja.

Osim količine outputa, na funkcionalni sustav mogu djelovati i vanjski utjecaji (x na slici 1). AV krug kroz koji se prenosi povratna informacija naziva se povratna petlja, linija ili kanal.

Riža. 1.

Sam kanal može sadržavati bilo koji sustav (D, slika 2) koji transformira izlaznu vrijednost u procesu njezinog prijenosa. U ovom slučaju, kaže se da se povratna informacija od izlaza sustava do njegovog ulaza događa pomoću ili kroz D sustav.

Riža. 2.

Povratna veza jedan je od najvažnijih pojmova u elektronici i teoriji automatskog upravljanja. Konkretni primjeri implementacije sustava koji sadrže povratnu spregu mogu se pronaći u proučavanju najrazličitijih procesa u automatskim sustavima, živim organizmima, gospodarskim strukturama itd.

Zbog univerzalnosti pojma, primjenjivog u različitim područjima znanosti i tehnologije, nazivlje u ovom području nije utvrđeno, a svako pojedino područje znanja u pravilu koristi svoje nazivlje.

Na primjer, u sustavima automatskog upravljanja Široko upotrebljavan pojmovi negativne i pozitivne povratne sprege, koji definiraju vezu između izlaza sustava i njegovog ulaza preko veze pojačanja s odgovarajućim negativnim ili pozitivnim pojačanjem.

U teoriji elektroničkih pojačala značenje ovih pojmova je drugačije: povratna sprega se naziva negativnom, što smanjuje apsolutnu vrijednost ukupnog dobitka, a pozitivno - povećava.

Ovisno o metodama implementacije u teoriji postoje elektronička pojačala strujne, naponske i kombinirane povratne veze.

Sustavi automatskog upravljanja često uključuju dodatne recenzijekoristi se za stabilizaciju sustava ili poboljšanje prijelaznih pojava u njima. Ponekad se nazivaju popravni a među njima ima teško (izvedeno pomoću booster veze), fleksibilno (implementiran diferencirajućom relacijom), izodromna itd.

U različitim sustavima uvijek možete pronaći zatvoreni lanac utjecaja… Na primjer, na sl. 2, dio B sustava djeluje na dio D, a ovaj opet na C. Stoga se takvi sustavi i zovu zatvorene petlje sustavi, zatvoreni ili zatvoreni sustavi.

U složenim sustavima može postojati mnogo različitih povratnih veza. U sustavu s više elemenata, izlaz svakog elementa može, općenito govoreći, utjecati na ulaze svih ostalih elemenata, uključujući i vlastiti ulaz.

Svaki utjecaj može se promatrati s tri glavna aspekta: metabolički, energetski i informacijski. Prvi je vezan uz promjene položaja, oblika i sastava tvari, drugi uz prijenos i transformaciju energije, a treći uz prijenos i transformaciju informacija.

U teoriji upravljanja razmatra se samo informacijska strana utjecaja. Stoga se povratna informacija može definirati kao prosljeđivanje informacija o izlaznoj vrijednosti sustava na njegov ulaz ili kao dolazak informacija pretvorenih povratnom vezom s izlaza na ulaz sustava.

Načelo uređaja temelji se na primjeni povratne veze. sustavi automatskog upravljanja (ACS)… U njima prisutnost povratne veze osigurava povećanje otpornosti na buku zbog smanjenja utjecaja smetnji (z na slici 3) koje djeluju u prednjem dijelu sustava.

Riža. 3.

Ako u linearnom sustavu s vezama s prijenosnim funkcijama Kx (p) i K2 (p) uklonite povratnu petlju, tada je slika x izlazne vrijednosti x određena sljedećim odnosom:

Ako se u ovom slučaju zahtijeva da izlazna vrijednost x bude točno jednaka referentnom djelovanju x *, tada ukupno pojačanje sustava K (p) = K1 (p) K2 (p) mora biti jednako jedinici i mora postojati nema smetnji z. Prisutnost z i odstupanje K (p) od jedinice dovodi do pogreške e, tj. razlika

Za K (p) = 1 imamo

Ako sada zatvorimo sustav koristeći povratnu vezu kao što je prikazano na sl. 3, slika izlazne veličine x bit će određena sljedećom relacijom:

Iz relacije slijedi da je za dovoljno veliki modul pojačanja Kx (p) drugi član zanemariv pa je stoga utjecaj smetnje z zanemariv. Istovremeno će se vrijednost izlazne veličine x vrlo malo razlikovati od vrijednosti referentne varijable.

U zatvorenom sustavu s povratnom spregom moguće je značajno smanjiti utjecaj buke u usporedbi s otvorenim sustavom, budući da potonji ne reagira na stvarno stanje kontroliranog objekta, "slijep" je i "gluh" «do promjene u ovom stanju.

Uzmimo let avionom kao primjer. Ako su kormila aviona unaprijed podešena s visokom preciznošću tako da leti u određenom smjeru i ako su kruto učvršćena, tada će naleti vjetra i drugi slučajni i nepredviđeni čimbenici srušiti avion sa željenog kursa.

Samo sustav povratne sprege (autopilot) je u stanju korigirati poziciju, koji je u stanju usporediti zadani kurs x * sa stvarnim x i, ovisno o rezultirajućem odstupanju, promijeniti položaj kormila.

Za sustave povratnih informacija često se kaže da su vođeni greškama (diskrepanca). Ako je veza Kx (p) pojačalo s dovoljno velikim pojačanjem, tada pod određenim uvjetima nametnutim prijenosnoj funkciji K2 (p) ostatak puta, sustav zatvorene petlje ostaje stabilan.

U tom slučaju pogreška stacionarnog stanja e može biti proizvoljno mala. Dovoljno je da se pojavi na ulazu pojačala Kx (p) pa da se formira i na njegovom izlazu formira dovoljno veliki napon koji automatski kompenzira smetnje i daje takvu vrijednost x pri kojoj je razlika e= x * — x bi bilo dovoljno malo.Najmanje povećanje e uzrokuje nesrazmjerno veće povećanje ti... Stoga se svaka (unutar praktičnih granica) smetnja z može kompenzirati, a nadalje, uz proizvoljno malu vrijednost pogreške e, manevarski put s velikim pojačanjem je često nazivan dubokim.

Povratna sprega u mješovitim sustavima također se odvija tijekom funkcioniranja složenih sustava koji se sastoje od objekata različite prirode, ali djeluju svrhovito. To su sustavi: operater (čovjek) i stroj, učitelj i učenik, predavač i publika, čovjek i uređaj za učenje.

U svim ovim primjerima radi se o zatvorenom lancu utjecaja. Putem povratnih kanala operater dobiva informacije o prirodi funkcioniranja upravljanog stroja, trener - informacije o ponašanju učenika i rezultatima treninga itd. U svim tim slučajevima, u procesu funkcioniranja, oba bitno se mijenja sadržaj informacija koje se prenose kanalima, a i sami kanali.