Apa umpan balik dalam elektronik dan otomasi

Umpan balik adalah efek dari nilai output dari setiap sistem C (Gbr. 1) pada input dari sistem yang sama. Lebih luas umpan balik — pengaruh hasil fungsi sistem pada sifat fungsi ini.

Selain jumlah output, pengaruh eksternal juga dapat bekerja pada sistem yang berfungsi (x pada Gambar 1). Sirkuit AV yang melaluinya umpan balik ditransmisikan disebut loop, garis, atau saluran umpan balik.

Beras. 1.

Saluran itu sendiri dapat berisi sistem apa pun (D, Gbr. 2) yang mengubah nilai keluaran dalam proses transmisinya. Dalam hal ini, umpan balik dari keluaran sistem ke masukannya dikatakan terjadi dengan menggunakan atau melalui sistem D.

Beras. 2.

Umpan balik adalah salah satu konsep terpenting dalam elektronik dan teori kontrol otomatis. Contoh konkret penerapan sistem yang mengandung umpan balik dapat ditemukan dalam studi berbagai macam proses dalam sistem otomatis, organisme hidup, struktur ekonomi, dll.

Karena universalitas konsep yang berlaku di berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, terminologi dalam bidang ini tidak ditetapkan, dan setiap bidang pengetahuan tertentu biasanya menggunakan terminologinya sendiri-sendiri.

Misalnya, dalam sistem kontrol otomatis banyak digunakan konsep umpan balik negatif dan positif, yang menentukan hubungan antara keluaran sistem dan masukannya melalui sambungan penguatan dengan penguatan negatif atau positif yang sesuai.

Dalam teori penguat elektronik, arti dari istilah-istilah ini berbeda: umpan balik disebut negatif, yang mengurangi nilai absolut dari penguatan keseluruhan, dan positif - meningkatkannya.

Tergantung pada metode implementasi dalam teori penguat elektronik ada arus, tegangan dan umpan balik gabungan.

Sistem kontrol otomatis sering disertakan ulasan tambahandigunakan untuk menstabilkan sistem atau meningkatkan transien di dalamnya. Mereka terkadang dipanggil perbaikan dan di antara mereka ada keras (dilakukan dengan menggunakan koneksi booster), fleksibel (diimplementasikan dengan relasi pembeda), isodromik dll.

Dalam sistem yang berbeda Anda selalu dapat menemukan rantai pengaruh tertutup… Misalnya, pada gambar. 2, bagian B dari sistem bekerja pada bagian D, dan yang terakhir lagi pada C. Oleh karena itu, sistem seperti itu juga disebut sistem loop tertutup, loop tertutup atau sistem loop tertutup.

Dalam sistem yang kompleks, banyak putaran umpan balik yang berbeda dapat terjadi. Dalam sistem multi-elemen, output dari setiap elemen secara umum dapat mempengaruhi input dari semua elemen lainnya, termasuk inputnya sendiri.

Setiap dampak dapat dilihat dari tiga aspek utama: metabolisme, energik, dan informasional. Yang pertama terkait dengan perubahan lokasi, bentuk dan komposisi materi, yang kedua terkait dengan transfer dan transformasi energi, dan yang ketiga terkait dengan transmisi dan transformasi informasi.

Dalam teori kontrol, hanya sisi informasi dari pengaruh yang dipertimbangkan. Dengan demikian, umpan balik dapat didefinisikan sebagai meneruskan informasi tentang nilai keluaran sistem ke masukannya atau sebagai kedatangan informasi yang diubah oleh tautan umpan balik dari keluaran ke masukan sistem.

Prinsip perangkat didasarkan pada penerapan umpan balik. sistem kontrol otomatis (ACS)… Di dalamnya, adanya umpan balik memberikan peningkatan kekebalan kebisingan karena pengurangan pengaruh interferensi (z pada Gambar 3) yang bekerja di bagian depan sistem.

Beras. 3.

Jika dalam sistem linier dengan koneksi dengan fungsi transfer Kx (p) dan K2 (p) Anda menghapus loop umpan balik, maka gambar x dari nilai keluaran x ditentukan oleh hubungan berikut:

Jika dalam hal ini nilai keluaran x diharuskan sama persis dengan aksi referensi x *, maka total gain sistem K (p) = K1 (p) K2 (p) harus sama dengan satu dan harus ada tidak ada gangguan z. Kehadiran z dan penyimpangan K (p) dari satu menimbulkan kesalahan e, yaitu perbedaan

Untuk K (p) = 1 yang kita miliki

Jika sekarang kita menutup sistem menggunakan umpan balik seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3, gambar kuantitas keluaran x akan ditentukan oleh hubungan berikut:

Ini mengikuti dari hubungan bahwa untuk modul penguatan yang cukup besar Kx (p), istilah kedua dapat diabaikan dan oleh karena itu pengaruh interferensi z dapat diabaikan. Pada saat yang sama, nilai kuantitas keluaran x akan berbeda sangat sedikit dari nilai variabel referensi.

Dalam sistem tertutup dengan umpan balik, adalah mungkin untuk secara signifikan mengurangi pengaruh kebisingan dibandingkan dengan sistem terbuka, karena yang terakhir tidak menanggapi keadaan sebenarnya dari objek yang dikendalikan, "buta" dan "tuli" «sampai perubahan di negara bagian ini.

Mari kita ambil penerbangan pesawat sebagai contoh. Jika kemudi pesawat disetel sebelumnya dengan presisi tinggi sehingga terbang ke arah tertentu, dan jika dipasang dengan kaku, hembusan angin dan faktor acak dan tak terduga lainnya akan menjatuhkan pesawat dari jalur yang diinginkan.

Hanya sistem umpan balik (autopilot) yang dapat mengoreksi posisi, yang mampu membandingkan jalur yang diberikan x * dengan x yang sebenarnya dan, bergantung pada penyimpangan yang dihasilkan, mengubah posisi kemudi.

Sistem umpan balik sering dikatakan sebagai error-driven (perbedaan). Jika tautan Kx (p) adalah penguat dengan penguatan yang cukup besar, maka dalam kondisi tertentu yang dikenakan pada fungsi transfer K2 (p) selebihnya, sistem loop tertutup tetap stabil.

Dalam hal ini, kesalahan keadaan tunak e bisa kecil. Itu cukup muncul pada input penguat Kx (p) sehingga tegangan yang cukup besar terbentuk dan terbentuk pada outputnya, yang secara otomatis mengkompensasi interferensi dan memberikan nilai x di mana perbedaannya e= x * — x akan cukup kecil.Peningkatan terkecil dalam e menyebabkan peningkatan ti yang lebih besar secara tidak proporsional... Oleh karena itu, gangguan apa pun (dalam batas praktis) z dapat dikompensasi, dan lebih jauh lagi, dengan nilai kesalahan e yang sangat kecil, jalur manuver gain tinggi adalah sering disebut dalam.

Umpan balik dalam sistem campuran juga terjadi selama berfungsinya sistem kompleks yang terdiri dari objek-objek yang sifatnya berbeda, tetapi bertindak dengan sengaja. Ini adalah sistem: operator (manusia) dan mesin, guru dan siswa, dosen dan penonton, manusia dan perangkat pembelajaran.

Dalam semua contoh ini kita berurusan dengan rantai pengaruh yang tertutup. Melalui saluran umpan balik, operator menerima informasi tentang sifat fungsi mesin yang dikendalikan, pelatih - informasi tentang perilaku siswa dan hasil pelatihan, dll. Dalam semua kasus ini, dalam proses pengoperasian, keduanya konten informasi yang dikirimkan melalui saluran, dan saluran itu sendiri berubah secara signifikan.