Mitä on palaute elektroniikassa ja automaatiossa

Palaute on kunkin järjestelmän C (kuva 1) lähtöarvon vaikutus saman järjestelmän tuloon. Laajempi palaute — järjestelmän toiminnan tulosten vaikutus tämän toiminnan luonteeseen.

Toimivaan järjestelmään voivat vaikuttaa tehon määrän lisäksi myös ulkoiset vaikutukset (x kuvassa 1). AV-piiriä, jonka kautta palaute lähetetään, kutsutaan takaisinkytkentäsilmukaksi, linjaksi tai kanavaksi.

Riisi. 1.

Kanava itsessään voi sisältää minkä tahansa järjestelmän (D, kuva 2), joka muuntaa lähtöarvon sen lähetysprosessissa. Tässä tapauksessa takaisinkytkennän järjestelmän lähdöstä sen sisäänmenoon sanotaan tapahtuvan D-järjestelmän avulla tai sen kautta.

Riisi. 2.

Palaute on yksi tärkeimmistä käsitteistä elektroniikassa ja automaattiohjausteoriassa. Konkreettisia esimerkkejä palautetta sisältävien järjestelmien toteutuksesta löytyy lukuisten prosessien tutkimuksesta automaattisissa järjestelmissä, elävissä organismeissa, taloudellisissa rakenteissa jne.

Eri tieteen ja teknologian aloilla sovellettavan käsitteen universaalisuuden vuoksi tämän alan terminologiaa ei ole vakiinnutettu, ja jokainen tietty tiedonala käyttää pääsääntöisesti omaa terminologiaansa.

Esimerkiksi, automaattisissa ohjausjärjestelmissä laajasti käytetty negatiivisen ja positiivisen palautteen käsitteet, jotka määrittelevät yhteyden järjestelmän lähdön ja sen tulon välillä vahvistusyhteyden kautta, jolla on vastaava negatiivinen tai positiivinen vahvistus.

Elektronisten vahvistimien teoriassa näiden termien merkitys on erilainen: palautetta kutsutaan negatiiviseksi, mikä vähentää kokonaisvahvistuksen itseisarvoa ja positiivista - lisää sitä.

Toteutusmenetelmistä riippuen elektronisten vahvistimien teoriassa on olemassa virta, jännite ja yhdistetyt takaisinkytkennät.

Automaattiset ohjausjärjestelmät sisältävät usein lisäarvostelujakäytetään järjestelmien stabilointiin tai transienttien parantamiseen niissä. Niitä kutsutaan joskus korjaava ja niiden joukossa on kovaa (suoritettu booster-liitännällä), joustava (toteutettu differentioivalla suhteella), isodrominen jne.

Eri järjestelmistä löydät aina suljettu vaikutusketju… Esimerkiksi kuvassa Kuviossa 2 järjestelmän osa B vaikuttaa osaan D ja jälkimmäinen taas osaan C. Siksi tällaisia ​​järjestelmiä kutsutaan myös ns. suljetun silmukan järjestelmät, suljetun silmukan tai suljetun silmukan järjestelmät.

Monimutkaisissa järjestelmissä voi olla monia erilaisia ​​takaisinkytkentäsilmukoita. Monielementtijärjestelmässä kunkin elementin lähtö voi yleisesti ottaen vaikuttaa kaikkien muiden elementtien syötteisiin, mukaan lukien oma tulonsa.

Jokaista vaikutusta voidaan tarkastella kolmesta pääasiallisesta näkökulmasta: metabolinen, energinen ja informaatio. Ensimmäinen liittyy aineen sijainnin, muodon ja koostumuksen muutoksiin, toinen energian siirtymiseen ja muuntamiseen ja kolmas tiedon välittymiseen ja muuntamiseen.

Ohjausteoriassa huomioidaan vain vaikuttajien informatiivinen puoli. Palaute voidaan siis määritellä seuraavasti välittää tietoa järjestelmän lähtöarvosta sen sisäänmenoon tai palautelinkin muuntaman tiedon saapumisena lähdöstä järjestelmän tuloon.

Laitteen toimintaperiaate perustuu palautteen soveltamiseen. automaattinen ohjausjärjestelmä (ACS)… Niissä takaisinkytkennän läsnäolo lisää kohinansietokykyä johtuen järjestelmän etuosassa vaikuttavien häiriöiden (z kuvassa 3) vaikutuksen vähenemisestä.

Riisi. 3.

Jos lineaarisessa järjestelmässä, jossa on yhteyksiä siirtofunktioilla Kx (p) ja K2 (p), poistat takaisinkytkentäsilmukan, niin lähtöarvon x kuva x määräytyy seuraavalla suhteella:

Jos tässä tapauksessa lähtöarvon x vaaditaan olevan täsmälleen yhtä suuri kuin referenssitoiminto x *, niin järjestelmän kokonaisvahvistuksen K (p) = K1 (p) K2 (p) on oltava yhtä suuri kuin yksikkö ja ei häiriöitä z. Z:n läsnäolo ja K(p):n poikkeama yksiköstä aiheuttavat virheen e, ts. ero

Jos K (p) = 1, meillä on

Jos nyt suljemme järjestelmän takaisinkytkennän avulla, kuten kuvassa on esitetty. 3, ulostulomäärän x kuva määräytyy seuraavan suhteen:

Suhteesta seuraa, että riittävän suurelle vahvistusmoduulille Kx (p) toinen termi on mitätön ja siksi häiriön z vaikutus on mitätön. Samanaikaisesti lähtösuureen x arvo poikkeaa hyvin vähän referenssimuuttujan arvosta.

Suljetussa järjestelmässä, jossa on palaute, on mahdollista merkittävästi vähentää kohinan vaikutusta avoimeen järjestelmään verrattuna, koska jälkimmäinen ei reagoi ohjattavan kohteen todelliseen tilaan, on "sokea" ja "kuuro" muutokseen asti. tässä tilassa.

Otetaan esimerkkinä lentokoneen lento. Jos koneen peräsimet on esisäädetty suurella tarkkuudella niin, että se lentää tiettyyn suuntaan, ja jos ne on kiinnitetty jäykästi, niin tuulenpuuskat ja muut satunnaiset ja odottamattomat tekijät kaatavat koneen pois halutulta kurssilta.

Vain palautejärjestelmä (autopilotti) pystyy korjaamaan asennon, joka pystyy vertaamaan annettua kurssia x * todelliseen x:ään ja muuttamaan peräsimen paikkaa riippuen siitä aiheutuvasta poikkeamasta.

Palautejärjestelmien sanotaan usein olevan virhevetoisia (eräisyys). Jos linkki Kx (p) on vahvistin, jolla on riittävän suuri vahvistus, niin tietyissä siirtofunktiolle K2 (p) asetetuissa olosuhteissa suljetun silmukan järjestelmä pysyy vakaana.

Tässä tapauksessa vakaan tilan virhe e voi olla mielivaltaisen pieni. Riittää, että se ilmestyy vahvistimen Kx (p) sisääntuloon niin, että muodostuu ja sen lähtöön muodostuu riittävän suuri jännite, joka automaattisesti kompensoi häiriöt ja antaa sellaisen x:n arvon, jossa ero e= x * — x olisi tarpeeksi pieni.Pienin e:n lisäys aiheuttaa suhteettoman suuremman kasvun ti:ssä... Siksi mikä tahansa (käytännön rajoissa) häiriö z voidaan kompensoida, ja lisäksi virheen e mielivaltaisen pienellä arvolla suuren vahvistuksen ohjauspolku on kutsutaan usein syväksi.

Palaute sekajärjestelmissä tapahtuu myös monimutkaisten, erityyppisistä objekteista koostuvien, mutta tarkoituksenmukaisesti toimivien järjestelmien toiminnan aikana. Nämä ovat järjestelmiä: operaattori (ihminen) ja kone, opettaja ja opiskelija, luennoitsija ja yleisö, ihminen ja oppimislaite.

Kaikissa näissä esimerkeissä olemme tekemisissä suljetun vaikutteiden ketjun kanssa. Palautekanavien kautta käyttäjä saa tietoa ohjattavan koneen toiminnan luonteesta, kouluttaja - tietoa opiskelijan käyttäytymisestä ja harjoittelun tuloksista jne. Kaikissa näissä tapauksissa toimintaprosessissa sekä kanavien kautta välitettävän tiedon sisältö ja itse kanavat muuttuvat merkittävästi.