¿Qué es la retroalimentación en electrónica y automatización?

La realimentación es el efecto del valor de salida de cada sistema C (Fig. 1) sobre la entrada del mismo sistema. Más amplio retroalimentación — la influencia de los resultados del funcionamiento del sistema sobre la naturaleza de este funcionamiento.

Además de la cantidad de producción, las influencias externas también pueden actuar sobre un sistema en funcionamiento (x en la Fig. 1). El circuito AV a través del cual se transmite la retroalimentación se denomina bucle, línea o canal de retroalimentación.

Arroz. 1.

El canal en sí puede contener cualquier sistema (D, Fig. 2) que transforma el valor de salida en el proceso de su transmisión. En este caso, se dice que la retroalimentación de la salida del sistema a su entrada ocurre usando oa través del sistema D.

Arroz. 2.

La retroalimentación es uno de los conceptos más importantes en electrónica y teoría de control automático. Se pueden encontrar ejemplos concretos de la implementación de sistemas que contienen retroalimentación en el estudio de una amplia variedad de procesos en sistemas automáticos, organismos vivos, estructuras económicas, etc.

Debido a la universalidad del concepto, aplicable en varios campos de la ciencia y la tecnología, la terminología en este campo no está establecida, y cada campo específico del conocimiento, por regla general, utiliza su propia terminología.

Por ejemplo, en sistemas de control automático ampliamente utilizado conceptos de retroalimentación negativa y positiva, que definen la conexión entre la salida del sistema y su entrada a través de una conexión de ganancia con su correspondiente ganancia negativa o positiva.

En la teoría de los amplificadores electrónicos, el significado de estos términos es diferente: la retroalimentación se llama negativa, lo que reduce el valor absoluto de la ganancia general, y positiva, la aumenta.

Dependiendo de los métodos de implementación en la teoría de los amplificadores electrónicos existen realimentaciones de corriente, tensión y combinadas.

Los sistemas de control automático a menudo incluyen revisiones adicionalesutilizado para estabilizar sistemas o mejorar transitorios en ellos. A veces se les llama correctivo y entre ellos hay duro (realizado usando una conexión de refuerzo), flexible (implementado por relación de diferenciación), isodrómico etc.

En diferentes sistemas siempre puedes encontrar cadena cerrada de influencia… Por ejemplo, en la fig. 2, la parte B del sistema actúa sobre la parte D, y esta última nuevamente sobre C. Por lo tanto, tales sistemas también se denominan sistemas de circuito cerrado, sistemas de circuito cerrado o de circuito cerrado.

En sistemas complejos, pueden existir muchos bucles de retroalimentación diferentes. En un sistema de elementos múltiples, la salida de cada elemento puede, en términos generales, afectar las entradas de todos los demás elementos, incluida su propia entrada.

Cada impacto puede ser considerado desde tres aspectos principales: metabólico, energético e informativo. El primero está relacionado con cambios en la ubicación, forma y composición de la materia, el segundo con la transferencia y transformación de energía, y el tercero con la transmisión y transformación de información.

En la teoría del control, solo se considera el lado informativo de las influencias. Por lo tanto, la retroalimentación se puede definir como pasar información sobre el valor de salida del sistema a su entrada o como la llegada de información convertida por el enlace de retroalimentación de la salida a la entrada del sistema.

El principio del dispositivo se basa en la aplicación de retroalimentación. sistemas de control automático (ACS)… En ellos, la presencia de retroalimentación proporciona un aumento en la inmunidad al ruido debido a una reducción en la influencia de la interferencia (z en la Fig. 3) que actúa en la parte frontal del sistema.

Arroz. 3.

Si en un sistema lineal con conexiones con funciones de transferencia Kx (p) y K2 (p) elimina el circuito de retroalimentación, entonces la imagen x del valor de salida x está determinada por la siguiente relación:

Si en este caso se requiere que el valor de salida x sea exactamente igual a la acción de referencia x *, entonces la ganancia total del sistema K (p) = K1 (p) K2 (p) debe ser igual a la unidad y debe haber sin interferencias z. La presencia de z y la desviación de K (p) de la unidad dan lugar a un error e, es decir la diferencia

Para K (p) = 1 tenemos

Si ahora cerramos el sistema usando retroalimentación como se muestra en la Fig. 3, la imagen de la cantidad de salida x estará determinada por la siguiente relación:

De la relación se deduce que para un módulo de ganancia Kx (p) suficientemente grande, el segundo término es despreciable y, por lo tanto, la influencia de la interferencia z es despreciable. Al mismo tiempo, el valor de la cantidad de salida x diferirá muy poco del valor de la variable de referencia.

En un sistema cerrado con retroalimentación, es posible reducir significativamente la influencia del ruido en comparación con un sistema abierto, ya que este último no responde al estado real del objeto controlado, es "ciego" y "sordo" "hasta un cambio en este estado.

Tomemos como ejemplo el vuelo de un avión. Si los timones del avión están preajustados con alta precisión para que vuele en una determinada dirección, y si están fijos de manera rígida, entonces las ráfagas de viento y otros factores aleatorios e imprevistos desviarán el avión del rumbo deseado.

Solo el sistema de retroalimentación (piloto automático) puede corregir la posición, que puede comparar el rumbo dado x * con el x real y, dependiendo de la desviación resultante, cambiar la posición del timón.

A menudo se dice que los sistemas de retroalimentación están impulsados ​​por errores (discrepancia). Si el enlace Kx (p) es un amplificador con una ganancia suficientemente grande, entonces bajo ciertas condiciones impuestas a la función de transferencia K2 (p) el resto del camino, el sistema de bucle cerrado permanece estable.

En este caso, el error de estado estacionario e puede ser arbitrariamente pequeño. Es suficiente que aparezca en la entrada del amplificador Kx (p) para que se forme un voltaje suficientemente grande y se forme en su salida, que compensa automáticamente la interferencia y proporciona un valor de x en el que la diferencia e= x * — x sería lo suficientemente pequeño.El aumento más pequeño en e provoca un aumento desproporcionadamente mayor en ti... Por lo tanto, cualquier (dentro de los límites prácticos) interferencia z puede compensarse y, además, con un valor arbitrariamente pequeño del error e, la ruta de maniobra de alta ganancia es a menudo llamado profundo.

La retroalimentación en los sistemas mixtos también tiene lugar durante el funcionamiento de los sistemas complejos que consisten en objetos de diferente naturaleza, pero que actúan con un propósito. Estos son sistemas: operador (humano) y máquina, profesor y estudiante, disertante y audiencia, humano y dispositivo de aprendizaje.

En todos estos ejemplos estamos tratando con una cadena cerrada de influencias. A través de los canales de retroalimentación, el operador recibe información sobre la naturaleza del funcionamiento de la máquina controlada, el entrenador: información sobre el comportamiento del alumno y los resultados del entrenamiento, etc. En todos estos casos, en el proceso de funcionamiento, tanto el contenido de la información transmitida a través de los canales y los propios canales cambian significativamente.