Phản hồi trong điện tử và tự động hóa là gì

Phản hồi là ảnh hưởng của giá trị đầu ra của mỗi hệ thống C (Hình 1) đối với đầu vào của cùng một hệ thống. rộng hơn phản hồi - ảnh hưởng của kết quả hoạt động của hệ thống đối với bản chất của chức năng này.

Ngoài số lượng đầu ra, các ảnh hưởng bên ngoài cũng có thể tác động lên một hệ thống đang hoạt động (x trong Hình 1). Mạch AV mà thông tin phản hồi được truyền đi được gọi là vòng, đường truyền hoặc kênh phản hồi.

Cơm. 1.

Bản thân kênh có thể chứa bất kỳ hệ thống nào (D, Hình 2) biến đổi giá trị đầu ra trong quá trình truyền của nó. Trong trường hợp này, phản hồi từ đầu ra của hệ thống đến đầu vào của nó được cho là xảy ra bằng cách sử dụng hoặc thông qua hệ thống D.

Cơm. 2.

Phản hồi là một trong những khái niệm quan trọng nhất trong lý thuyết điện tử và điều khiển tự động. Có thể tìm thấy các ví dụ cụ thể về việc triển khai các hệ thống có chứa thông tin phản hồi trong nghiên cứu về nhiều quy trình khác nhau trong các hệ thống tự động, sinh vật sống, cấu trúc kinh tế, v.v.

Do tính phổ biến của khái niệm, có thể áp dụng trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau, thuật ngữ trong lĩnh vực này không được thiết lập và mỗi lĩnh vực kiến ​​​​thức cụ thể, theo quy luật, sử dụng thuật ngữ riêng của nó.

Ví dụ, trong hệ thống điều khiển tự động sử dụng rộng rãi khái niệm về phản hồi tiêu cực và tích cực, xác định kết nối giữa đầu ra của hệ thống và đầu vào của nó thông qua kết nối khuếch đại với mức tăng âm hoặc dương tương ứng.

Trong lý thuyết về bộ khuếch đại điện tử, ý nghĩa của các thuật ngữ này là khác nhau: phản hồi được gọi là âm, làm giảm giá trị tuyệt đối của mức tăng tổng thể và dương - làm tăng nó.

Tùy thuộc vào các phương pháp thực hiện trong lý thuyết của bộ khuếch đại điện tử tồn tại dòng điện, điện áp và phản hồi kết hợp.

Hệ thống điều khiển tự động thường bao gồm đánh giá bổ sungđược sử dụng để ổn định hệ thống hoặc cải thiện quá độ trong đó. Đôi khi chúng được gọi là điều chỉnh và trong số đó có cứng (được thực hiện bằng cách sử dụng kết nối tăng cường), linh hoạt (được thực hiện bằng quan hệ vi phân), đẳng tốc vân vân.

Trong các hệ thống khác nhau, bạn luôn có thể tìm thấy chuỗi ảnh hưởng khép kín… Ví dụ, trong hình. 2, phần B của hệ thống tác động lên phần D và phần sau lại tác động lên C. Do đó, những hệ thống như vậy còn được gọi là hệ thống vòng kín, hệ thống vòng kín hoặc vòng kín.

Trong các hệ thống phức tạp, có thể tồn tại nhiều vòng phản hồi khác nhau. Trong một hệ thống nhiều phần tử, nói chung, đầu ra của mỗi phần tử có thể ảnh hưởng đến đầu vào của tất cả các phần tử khác, kể cả đầu vào của chính nó.

Mỗi tác động có thể được xem xét từ ba khía cạnh chính: trao đổi chất, năng lượng và thông tin. Đầu tiên liên quan đến những thay đổi về vị trí, hình dạng và thành phần của vật chất, thứ hai liên quan đến việc truyền và biến đổi năng lượng, và thứ ba là truyền và biến đổi thông tin.

Trong lý thuyết điều khiển, chỉ có khía cạnh thông tin ảnh hưởng được xem xét. Do đó, thông tin phản hồi có thể được định nghĩa là truyền thông tin về giá trị đầu ra của hệ thống đến đầu vào của nó hoặc khi thông tin đến được chuyển đổi bởi liên kết phản hồi từ đầu ra sang đầu vào của hệ thống.

Nguyên tắc của thiết bị dựa trên ứng dụng phản hồi. hệ thống điều khiển tự động (ACS)… Ở chúng, sự hiện diện của phản hồi giúp tăng khả năng chống ồn do giảm ảnh hưởng của nhiễu (z trong Hình 3) tác động ở phần trước của hệ thống.

Cơm. 3.

Nếu trong một hệ thống tuyến tính có các kết nối với các hàm truyền Kx (p) và K2 (p) bạn loại bỏ vòng phản hồi, thì ảnh x của giá trị đầu ra x được xác định theo mối quan hệ sau:

Nếu trong trường hợp này, giá trị đầu ra x được yêu cầu phải chính xác bằng hành động tham chiếu x *, thì tổng mức tăng của hệ thống K (p) = K1 (p) K2 (p) phải bằng đơn vị và phải có không nhiễu z. Sự hiện diện của z và độ lệch của K(p) so với đơn vị làm phát sinh lỗi e, tức là Sự khác biệt

Với K(p) = 1 ta có

Nếu bây giờ chúng ta đóng hệ thống bằng cách sử dụng phản hồi như trong Hình. 3, hình ảnh của đại lượng đầu ra x sẽ được xác định bởi mối quan hệ sau:

Suy ra từ mối quan hệ rằng đối với mô-đun độ lợi đủ lớn Kx(p), số hạng thứ hai là không đáng kể và do đó ảnh hưởng của nhiễu z là không đáng kể. Đồng thời, giá trị của đại lượng đầu ra x sẽ khác rất ít so với giá trị của biến tham chiếu.

Trong một hệ thống kín có phản hồi, có thể giảm đáng kể ảnh hưởng của tiếng ồn so với hệ thống mở, vì hệ thống sau không phản ứng với trạng thái thực của đối tượng được điều khiển, bị "mù" và "điếc" «cho đến khi thay đổi ở trạng thái này.

Hãy lấy một chuyến bay máy bay làm ví dụ. Nếu các bánh lái của máy bay được điều chỉnh trước với độ chính xác cao để nó bay theo một hướng nhất định và nếu chúng được cố định một cách cứng nhắc, thì những cơn gió giật và các yếu tố ngẫu nhiên và không lường trước khác sẽ khiến máy bay chệch hướng mong muốn.

Chỉ hệ thống phản hồi (lái tự động) mới có thể sửa vị trí, có thể so sánh hướng x * đã cho với x thực tế và tùy thuộc vào độ lệch kết quả, thay đổi vị trí bánh lái.

Các hệ thống phản hồi thường được cho là có lỗi (sự khác biệt). Nếu liên kết Kx (p) là một bộ khuếch đại có mức tăng đủ lớn, thì trong các điều kiện nhất định áp đặt cho hàm truyền K2 (p) trong suốt quãng đường còn lại, hệ thống vòng kín vẫn ổn định.

Trong trường hợp này, lỗi trạng thái ổn định e có thể nhỏ tùy ý. Nó đủ để nó xuất hiện ở đầu vào của bộ khuếch đại Kx (p) sao cho một điện áp đủ lớn được hình thành và được hình thành ở đầu ra của nó, điện áp này sẽ tự động bù nhiễu và cung cấp giá trị x sao cho chênh lệch e= x * — x sẽ đủ nhỏ.Sự gia tăng nhỏ nhất của e gây ra sự gia tăng lớn hơn một cách không tương xứng trong ti... Do đó, bất kỳ sự cản trở nào (trong giới hạn thực tế) z đều có thể được bù trừ, và hơn nữa, với một giá trị nhỏ tùy ý của sai số e, lộ trình điều động có mức lợi cao là thường gọi là sâu.

Phản hồi trong các hệ thống hỗn hợp cũng diễn ra trong quá trình hoạt động của các hệ thống phức tạp bao gồm các đối tượng có bản chất khác nhau, nhưng hoạt động có mục đích. Đó là các hệ thống: người vận hành (con người) và máy móc, giáo viên và học sinh, giảng viên và khán giả, con người và thiết bị học tập.

Trong tất cả các ví dụ này, chúng ta đang giải quyết một chuỗi ảnh hưởng khép kín. Thông qua các kênh phản hồi, người vận hành nhận được thông tin về bản chất hoạt động của máy được điều khiển, người huấn luyện - thông tin về hành vi của học sinh và kết quả đào tạo, v.v. nội dung của thông tin được truyền qua các kênh và bản thân các kênh thay đổi đáng kể.