ما هي التغذية الراجعة في الإلكترونيات والأتمتة

التغذية الراجعة هي تأثير قيمة المخرجات لكل نظام C (الشكل 1) على مدخلات نفس النظام. أوسع التغذية الراجعة - تأثير نتائج أداء النظام على طبيعة هذا الأداء.

بالإضافة إلى مقدار المخرجات ، يمكن للتأثيرات الخارجية أن تعمل أيضًا على نظام عامل (x في الشكل 1). تسمى دائرة AV التي يتم من خلالها إرسال التعليقات حلقة التغذية الراجعة أو الخط أو القناة.

أرز. 1.

يمكن أن تحتوي القناة نفسها على أي نظام (D ، الشكل 2) يحول قيمة الخرج في عملية الإرسال. في هذه الحالة ، يُقال إن التغذية المرتدة من إخراج النظام إلى مدخلاته تحدث باستخدام أو من خلال نظام D.

أرز. 2.

تعد التغذية الراجعة من أهم المفاهيم في مجال الإلكترونيات ونظرية التحكم الآلي. يمكن العثور على أمثلة ملموسة لتنفيذ الأنظمة التي تحتوي على التغذية الراجعة في دراسة مجموعة متنوعة من العمليات في الأنظمة الأوتوماتيكية ، والكائنات الحية ، والهياكل الاقتصادية ، وما إلى ذلك.

نظرًا لعالمية المفهوم ، المطبقة في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا ، لم يتم تحديد المصطلحات في هذا المجال ، ويستخدم كل مجال محدد من مجالات المعرفة ، كقاعدة عامة ، مصطلحاته الخاصة.

على سبيل المثال، في أنظمة التحكم الآلي تستخدم على نطاق واسع مفاهيم التغذية الراجعة السلبية والإيجابية، والتي تحدد الاتصال بين إخراج النظام ومدخلاته من خلال اتصال كسب مع ربح سلبي أو إيجابي مقابل.

في نظرية المكبرات الإلكترونية ، يختلف معنى هذه المصطلحات: تسمى التغذية الراجعة سلبية ، مما يقلل من القيمة المطلقة للمكاسب الإجمالية ، والإيجابية - تزيدها.

اعتمادًا على طرق التنفيذ في نظرية المكبرات الإلكترونية الموجودة التقيمات الحالية والجهدية والمجمعة.

غالبًا ما تتضمن أنظمة التحكم الآلي مراجعات إضافيةتستخدم لتحقيق الاستقرار في الأنظمة أو تحسين العابرين فيها. يطلق عليهم في بعض الأحيان تصحيحية ومن بينهم هناك صعب (يتم إجراؤه باستخدام اتصال معزز) ، مرن (نفذت عن طريق التمايز العلاقة) ، متساوي إلخ.

في أنظمة مختلفة يمكنك أن تجد دائمًا سلسلة التأثير المغلقة… على سبيل المثال ، في الشكل. 2 ، الجزء B من النظام يعمل على الجزء D ، والأخير مرة أخرى على C. لذلك ، تسمى هذه الأنظمة أيضًا أنظمة الحلقة المغلقة أو أنظمة الحلقة المغلقة أو الحلقة المغلقة.

في الأنظمة المعقدة ، يمكن أن توجد العديد من حلقات التغذية الراجعة المختلفة. في نظام متعدد العناصر ، يمكن أن يؤثر ناتج كل عنصر ، بشكل عام ، على مدخلات جميع العناصر الأخرى ، بما في ذلك المدخلات الخاصة به.

يمكن اعتبار كل تأثير من ثلاثة جوانب رئيسية: التمثيل الغذائي ، والحيوية والمعلوماتية. الأول يتعلق بالتغيرات في موقع المادة وشكلها وتكوينها ، والثاني يتعلق بنقل الطاقة وتحويلها ، والثالث بنقل المعلومات وتحويلها.

في نظرية التحكم ، يتم النظر فقط في الجانب المعلوماتي للتأثيرات. وبالتالي ، يمكن تعريف ردود الفعل على أنها تمرير المعلومات حول قيمة مخرجات النظام إلى مدخلاته أو وصول المعلومات المحولة بواسطة ارتباط التغذية الراجعة من المخرجات إلى مدخلات النظام.

يعتمد مبدأ الجهاز على تطبيق الملاحظات. أنظمة التحكم الآلي (ACS)... في نفوسهم ، يوفر وجود ردود الفعل زيادة في مناعة الضوضاء بسبب انخفاض تأثير التداخل (z في الشكل 3) الذي يعمل في الجزء الأمامي من النظام.

أرز. 3.

إذا قمت بإزالة حلقة التغذية الراجعة في نظام خطي به اتصالات بوظائف النقل Kx (p) و K2 (p) ، فسيتم تحديد الصورة x لقيمة الإخراج x بالعلاقة التالية:

إذا كانت قيمة المخرجات x في هذه الحالة مطلوبة لتكون مساوية تمامًا للإجراء المرجعي x * ، فيجب أن يكون الكسب الإجمالي للنظام K (p) = K1 (p) K2 (p) مساويًا للوحدة ويجب أن يكون هناك لا تدخل ض. يؤدي وجود z وانحراف K (p) عن الوحدة إلى حدوث خطأ e ، أي الاختلاف

بالنسبة إلى K (p) = 1 لدينا

إذا أغلقنا النظام الآن باستخدام التغذية المرتدة كما هو موضح في الشكل. 3 ، سيتم تحديد صورة كمية الإخراج x بالعلاقة التالية:

ويترتب على العلاقة أنه بالنسبة لوحدة الكسب الكبيرة بدرجة كافية Kx (p) ، فإن المصطلح الثاني لا يكاد يذكر ، وبالتالي فإن تأثير التداخل z لا يكاد يذكر. في الوقت نفسه ، ستختلف قيمة كمية المخرجات x قليلاً جدًا عن قيمة المتغير المرجعي.

في نظام مغلق مع ردود الفعل ، من الممكن تقليل تأثير الضوضاء بشكل كبير مقارنة بالنظام المفتوح ، لأن الأخير لا يستجيب للحالة الفعلية للكائن المتحكم فيه ، فهو "أعمى" و "أصم" «حتى التغيير في هذه الحالة.

لنأخذ رحلة الطائرة كمثال. إذا تم ضبط دفات الطائرة مسبقًا بدقة عالية بحيث تطير في اتجاه معين ، وإذا تم إصلاحها بشكل صارم ، فإن هبوب الرياح والعوامل العشوائية وغير المتوقعة الأخرى ستدفع الطائرة عن المسار المطلوب.

فقط نظام التغذية الراجعة (الطيار الآلي) قادر على تصحيح الموضع ، وهو قادر على مقارنة المسار المحدد x * مع x الفعلي ، واعتمادًا على الانحراف الناتج ، قم بتغيير موضع الدفة.

غالبًا ما يُقال إن أنظمة التعليقات مدفوعة بالخطأ (التناقض). إذا كان الرابط Kx (p) مضخمًا له ربح كبير بدرجة كافية ، فعندئذٍ في ظل ظروف معينة مفروضة على وظيفة النقل K2 (p) بقية الطريق ، يظل نظام الحلقة المغلقة مستقرًا.

في هذه الحالة ، يمكن أن يكون خطأ الحالة المستقرة e صغيرًا بشكل تعسفي. يكفي أنه يظهر عند مدخل مكبر الصوت Kx (p) بحيث يتشكل جهد كبير بما فيه الكفاية ويتشكل عند خرجه ، والذي يعوض تلقائيًا عن التداخل ويوفر قيمة x التي يكون عندها الفرق e = x * - سيكون x صغيرًا بدرجة كافية.تؤدي أصغر زيادة في e إلى زيادة أكبر بشكل غير متناسب في t ... لذلك ، يمكن تعويض أي تداخل (ضمن الحدود العملية) z ، وعلاوة على ذلك ، مع قيمة صغيرة عشوائية للخطأ e ، يكون مسار المناورة عالي الكسب هو غالبا ما تسمى عميقة.

تحدث التعليقات في الأنظمة المختلطة أيضًا أثناء عمل الأنظمة المعقدة التي تتكون من كائنات ذات طبيعة مختلفة ، ولكنها تعمل بشكل هادف. وهي أنظمة: عامل (بشري) وآلة ، ومعلم وطالب ، ومحاضر وجمهور ، وجهاز بشري وتعليمي.

في كل هذه الأمثلة نتعامل مع سلسلة مغلقة من التأثيرات. من خلال قنوات التغذية الراجعة ، يتلقى المشغل معلومات حول طبيعة عمل الآلة التي يتم التحكم فيها ، والمدرب - معلومات حول سلوك الطالب ونتائج التدريب ، وما إلى ذلك. في جميع هذه الحالات ، في عملية التشغيل ، كلاهما محتوى المعلومات المنقولة عبر القنوات ، وتتغير القنوات نفسها بشكل كبير.