Что такое отрицательная обратная связь в информатике
Обратная связь. Положительная и отрицательная обратная связь.
Обратная связь. Положительная и отрицательная обратная связь.
Как Вы знаете или не знаете или не помните, любая система может быть представлена, как черный ящик. Концепция обратной связи предполагает, что изменение Выходного сигнала одного черного ящика через некоторую передаточную функцию второго черного ящика передается на Вход первого.
Сперва рассмотрим Отрицательную Обратную Связь (ООС). Почему? Да потому, что это и есть основной метод регулирования заданного параметра. Под ООС понимают такую обратную связь, при которой изменение выходного сигнала передается на вход черного ящика таким образом, чтобы подавить (компенсировать) это изменение. Т.е. отрицательная обратная связь «держит» выходной параметр неизменным. Очень важными параметрами обратной связи, даже при правильном выборе передаточной функции являются
Посмотрим теперь на Положительную Обратную Связь (ПОС). Под ПОС понимают такую обратную связь, при которой изменение выходного сигнала передается на вход черного ящика таким образом, чтобы усилить (увеличить) это изменение. Т.е. положительная обратная связь «разгоняет» изменение выходного параметра. Из практических общеинженерных применений ПОС следует выделить использование выходного сигнала с временной задержкой для возбуждения системы. Огромное количество электротехнических решений (усилители, автоколебательные системы, генераторы сигналов) базируется именно на явлении ПОС.
! заметим, что и пошаговое регулирование и непрерывное регулирование прекрасно вписываются в концепцию обратной связи!
Отрицательная обратная связь
Иными словами, отрицательная обратная связь — это такое влияние выхода системы на вход («обратное»), которое уменьшает действие входного сигнала на систему.
* Если обратная связь может полностью компенсировать («заглушить») входящий сигнал, система относится к классу регуляторов (поплавковый механизм) или следящих усилителей (гидроусилитель).
Если же обратная связь компенсирует только часть входного сигнала (см. коэффициент обратной связи), то влияние входа на систему (и выход) будет меньше, но более стабильное («чёткое»), так как случайные изменения параметров системы (и, соответственно, колебания выхода) будут в значительной степени скомпенсированы через линию обратной связи.Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров.
Методы математического анализа систем, в том числе и охваченных отрицательной обратной связью, подробно рассматриваются теорией автоматического управления.
Связанные понятия
При включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу относительно эмиттера, а выходной сигнал снимается с коллектора относительно эмиттера. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°). Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, потому что усиливается и ток, и напряжение.
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Полупроводнико́вый стабилитро́н, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей oма до сотен oм. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью.
Предусили́тель-корре́ктор, или усилитель-корректор (УК), или фо́нокорре́ктор — специализированный электронный усилитель тракта воспроизведения граммофонной записи, восстанавливающий исходный спектр записанного на пластинке звукового сигнала и усиливающий выходное напряжение головки звукоснимателя до типичного уровня линейного выхода — от 0,775 В (0 dBu) в бытовой аналоговой аппаратуре до 2 В (8 dBu) в цифровой и радиотрансляционной аппаратуре). Исторически звукозаписывающая промышленность использовала.
Отрицательная обратная связь
Отрицательная обратная связь (ООС) — тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое противодействует первоначальному изменению.
Иными словами, отрицательная обратная связь — это такое влияние выхода системы на вход («обратное»), которое уменьшает действие входного сигнала на систему.
Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров.
Методы математического анализа систем, в том числе и охваченных отрицательной обратной связью, подробно рассматриваются теорией автоматического управления.
Содержание
Бытовой пример
Одним из самых простых примеров может служить устройство простейшего сливного бачка. По мере наполнения сливного бачка уровень воды в нем поднимается, что приводит к всплыванию поплавка, который блокирует дальнейшее поступление воды.
Отрицательная обратная связь в электронике
Показательный пример использования отрицательной обратной связи — построение усилителя со стабильным коэффициентом усиления на основе операционного усилителя.
Обычно ООС позволяет добиться хороших параметров усилителя, однако это справедливо в общем случае только для усиления постоянного тока или низких частот. Поскольку с повышением частоты задержка, вносимая усилителем, начинает давать существенный фазовый сдвиг усиливаемого сигнала, то и ООС работает уже не в соответствии с расчётом. Если и далее повышать частоту, то когда задержка станет порядка полупериода сигнала (то есть порядка 180 градусов по фазе), то ООС превратится в ПОС, а усилитель — в генератор. Для предотвращения этого, цепь ООС должна делаться частотно-зависимой.
В СВЧ усилителях обратная связь неприменима, поэтому стабилизировать усиление СВЧ каскадов весьма непросто. Однако, если нужно стабилизировать не усиление, а амплитуду (мощность) выходного сигнала, это легко реализовать в виде АРУ.
Отрицательная обратная связь в живых системах
Отрицательная обратная связь широко используется живыми системами разных уровней организации — от клетки до экосистем — для поддержания гомеостаза. Например, в клетках на принципе отрицательной обратной связи основаны многие механизмы регуляции работы генов (например, лактозный оперон), а также регуляция работы ферментов (ингибирование конечным продуктом метаболического пути). В организме на этом же принципе основана система гипоталамо-гипофизарной регуляции функций, а также многие механизмы нервной регуляции, поддерживающие отдельные параметры гомеостаза (терморегуляция, поддержание постоянной концентрации диоксида углерода и глюкозы в крови и др.). В популяциях отрицательные обратные связи (например, обратная зависимость между плотностью популяции и плодовитостью особей) обеспечивают гомеостаз численности.
Обратная связь. Положительная и отрицательная обратная связь. Применение положительной и отрицательной обратной связи в технических системах.
Связь – совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами – это значит выявить наличие зависимостей их свойств.
Связи можно разделить по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций — от одного элемента к другому в направлении основного процесса. Обратные связи, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния системы в результате управляющего воздействия на нее. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей.
С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информацию о выполненной объектом управления работе, сравнивается с сигналом, определяющим содержание и объем работы (например, план). В случае обнаружения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы вырабатывается, предусмотренный требованиями к системе, корректирующий сигнал на объект управления.
Обратные связи, как видно из рассмотренного примера, занимают важное место в процессе функционирования систем любого назначения. Поэтому обратим особое внимание на их основные функции, каковыми являются:
— противодействие тому, что делает сама система, когда она выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества);
— компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, неполадки в работе оборудования);
— синтез внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из состояния устойчивого равновесия, сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд на одновременное появление нового конкурента и снижение качества выпускаемой продукции);
— выработка управляющих воздействий на объект управления по плохо формализуемому закону. Например, установление более высокой цены на энергоносители вызывает в деятельности различных организаций сложные изменения, меняют конечные результаты их функционирования, требуют внесения изменений в производственно-хозяйственный процесс путем воздействий, которые невозможно описать с помощью аналитических выражений.
Обратная связь – одно из фундаментальных понятий теории систем. Первоначально это понятие было исследовано в теории автоматического управления.
Обратную связь обычно иллюстрируют схемами, подобными приведённой на рис. 1.4, где x(t) – закон или алгоритм (программа) управления, хтреб – требуемое значение регулируемого параметра («уставка»), хi – фактическое значение регулируемого параметра, Δх – рассогласование между хтреб и хi.
Обратная связь — связь входа системы с ее выходом. Представляет собой процесс, приводящий к тому, что результат функционирования какой-либо системы влияет на параметры, от которых зависит функционирование этой системы.
Отрицательная ОС изменяет входной сигнал таким образом, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала. Это делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров. Пример: усилитель звуковых частот (прибор для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот).
Положительная ОС, наоборот, усиливает изменение выходного сигнала. ПОС ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время ПОС приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых (автоколебательных) систем, называемых генераторы (производители). Пример: Автогенератор вырабатывает электрические (электромагнитные) колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной энергии будет превосходить потери). При этом амплитуда начальных колебаний будет нарастать.
В технических системахконтрольная информация о работе управляемого объекта поступает по цепи ОС к оператору или автоматическому управляющему устройству.
Пример ООС 1: Черный ящик «Налоговая инспекция». Время сдачи отчета. Охранник осуществляет отрицательную обратную связь выходного параметра «количество посетителей внутри» с парметром «входящие посетители» открывая и закрывая дверь и ругаясь.
Пример ПОС 1: Фонящий микрофон (микрофон установленный недалеко от колонок) сигнал колонок>микрофон>усилитель>сигнал колонок>микрофон.
Пример ПОС 2: Устранение «дребезга контактов» или «влияния шумов срабатывания». Система после срабатывания на некоторое время выключается, но сигнал срабатывания после предустановленной задержки взводит систему опять в рабочее состояние.
5. Качественные методы описания систем. Мозговая атака и метод экспертных оценок, метод сценариев и метод «Дельфи», метод дерева целей, морфологические методы.
Методы типа мозговой атаки («мозговой штурм», «конференция идей», «коллективная генерация идей»)
Обычно при проведении мозговой атаки стараются выполнять определенные правила, суть которых:
· обеспечить как можно большую свободу мышления участников и высказывания ими новых идей;
· приветствуются любые идеи, если вначале они кажутся сомнительными или абсурдными (обсуждение и оценка идей производится позднее);
· не допускается критика, не объявляется ложной и не прекращается обсуждение ни одной идеи;
· желательно высказывать как можно больше идей, особенно нетривиальных.
Подобием сессий КГИ можно считать разного рода совещания, заседания научных советов по проблемам, заседания специально создаваемых временных комиссий и другие собрания компетентных специалистов.
Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 135 ; Нарушение авторских прав
Раскрыть смысл понятий положительной и отрицательной обратной связи. Привести примеры систем с обратной связью
Связь – те воздействия элемента друг на друга, которые объединяют элементы в единое целое, а также перемещение, преобразование вещества энергии информации.
Связь – наличие зависимости между элементами.
Существует два основных вида связи:
Различием между ними состоит в том, что прямая обеспечивает передачу воздействия или информации с выхода одного элемента на вход другого, а обратная с выхода некоторого элемента на вход того же элемента.
Положи́тельная обра́тная связь (ПОС) — тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.
Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время положительная обратная связь приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых (автоколебательных) систем, называемых генераторы (производители).
Автогенератор на основе усилителя с мостом Вина в цепи положительной обратной связи является примером частотно-зависимой ПОС.
Если цифровой логический элемент охватить небольшой ПОС, получится схема с гистерезисом (или триггер Шмитта), которая с успехом применяется для устранения дребезга контактов, устранения ложных срабатываний датчиков (или кабельных приёмников) от влияния помех, и др.
Нелинейная положительная обратная связь ведёт к тому, что система начинает развиваться в режиме с обострением.
Как Вы знаете или не знаете или не помните, любая система может быть представлена, как черный ящик. Концепция обратной связи предполагает, что изменение Выходного сигнала одного черного ящика через некоторую передаточную функцию второго черного ящика передается на Вход первого.
Сперва рассмотрим Отрицательную Обратную Связь (ООС). Почему? Да потому, что это и есть основной метод регулирования заданного параметра. Под ООС понимают такую обратную связь, при которой изменение выходного сигнала передается на вход черного ящика таким образом, чтобы подавить (компенсировать) это изменение. Т.е. отрицательная обратная связь «держит» выходной параметр неизменным. Очень важными параметрами обратной связи, даже при правильном выборе передаточной функции являются
3. предумотренная возможность изменения параметров передаточной функции для задач в которых требуется еще и внешнее регулирование уровня выходного сигнала ( управление выходом) ! заметим, что если мы хотим изменить уровень поддержки постоянного выходного сигнала (регулировать выход системы извне), то задачи поддержания стабильности нового сигнала никуда не исчезают!
· Пример ООС 1: Черный ящик «Налоговая инспекция». Время сдачи отчета. Охранник осуществляет отрицательную обратную связь выходного параметра «количество посетителей внутри» с парметром «входящие посетители» открывая и закрывая дверь и ругаясь.
Посмотрим теперь на Положительную Обратную Связь (ПОС). Под ПОС понимают такую обратную связь, при которой изменение выходного сигнала передается на вход черного ящика таким образом, чтобы усилить (увеличить) это изменение. Т.е. положительная обратная связь «разгоняет» изменение выходного параметра. Из практических общеинженерных применений ПОС следует выделить использование выходного сигнала с временной задержкой для возбуждения системы. Огромное количество электротехнических решений (усилители, автоколебательные системы, генераторы сигналов) базируется именно на явлении ПОС.
· Пример ПОС 1: Фонящий микрофон (микрофон установленный недалеко от колонок) сигнал колонок>микрофон>усилитель>сигнал колонок>микрофон.
· Пример ПОС 2: Устранение «дребезга контактов» или «влияния шумов срабатывания». Система после срабатывания на некоторое время выключается, но сигнал срабатывания после предустановленной задержки взводит систему опять в рабочее состояние.
Максимаксный критерий (критерий абсолютного оптимизма) в теории принятия решений в условиях полной неопределенности. Алгоритм выбора оптимальной стратегии на основе данного критерия.
Это критерий крайнего оптимизма. Критерий «максимакса» предполагает, что из всех возможных вариантов «матрицы решений» выбирается та альтернатива, которая из всех самых благоприятных ситуаций развития событий (максимизирующих значение эффективности) имеет наибольшее из максимальных значений (т.е. значение эффективности лучшее из всех лучших или максимальное из максимальных). Критерий «максимакса» используют при выборе рисковых решений в условиях неопределенности, как правило, субъекты, склонные к риску, или рассматривающие возможные ситуации как оптимисты. Этим критерием предписывается оценивать системы по максимальному значению эффективности и выбирать в качестве оптимального решения систему, обладающую эффективностью с наибольшим из максимумов. ωj
Критерий максимина (критерий рационального пессимизма Вальда) в теории принятия решений в условиях полной неопределенности. Алгоритм выбора оптимальной стратегии на основе данного критерия.
Критерий Вальда (или критерий «максимина») предполагает, что из всех возможных вариантов «матрицы решений» выбирается та альтернатива, которая из всех самых неблагоприятных ситуаций развития события (минимизирующих значение эффективности) имеет наибольшее из минимальных значений (т.е. значение эффективности, лучшее из всех худших или максимальное из всех минимальных). Критерием Вальда (критерием «максимина») руководствуется при выборе рисковых решений в условиях неопределенности, как правило, субъект, не склонный к риску или рассматривающий возможные ситуации как пессимист.