Сигнал о некоторых понятиях кибернетики - Полетаев И.А.
Скачать (прямая ссылка):
ристики так, чтобы степень нагрева соответствовала степени охлаждения воздуха при изменении внешней температуры. Однако открытая дверь или форточка сделают и эту систему неэффективной, ибо охлаждение комнаты через форточку увеличится, а нагрев, зависящий только от внешней температуры,— нет, и равновесие будет нарушено.
Радикальное решение задачи достигается системой с обратной связью, или «системой регулирования замкнутого цикла». Такая система отличается от предыдущих тем, что подача топлива определяется не заранее установленной программой и не внеш-
(Г
Рис. 6.1. Термостат.
129
ними условиями, а разностью между действительным значением температуры в самой комнате и желаемым ее значением. Если температура в комнате равна заданной величине, топливо подается с некоторой нормальной скоростью. Если температура становится ниже (выше) заданного уровня, подача топлива увеличивается (уменьшается) пропорционально образовавшейся разности. Таким образом, регулятор не только воздействует на температуру комнаты, но и «ощущает» результат этого воздействия и автоматически изменяет воздействие так, чтобы результат как можно меньше отличался, от желаемого.
Рис. 6.2. Автоматический рулевой.
Изменение курса судна / в сторону 2 вызывает прецессию вол чка а в направлении 3 и замыкание контактов г, которое заставляет мотор 6 вращаться в направ ленни 4 н поворачивать руль е в направлении 5, выравнивая судно иа прежнем
курсе.
Теперь можно открывать форточки и двери и не бояться капризов погоды. Наш автомат «привязан» непосредственно к температуре воздуха в комнате и будет ее поддерживать автоматически, независимо от любых внешних влияний.
Другим типичным примером применения обратной связи является автоматический рулевой, или автопилот. Выходное устройство воздействует на руль корабля или рули самолета. Входное устройство работает совместно с компасом, отмечая отклонения фактического курса от заданного. При отклонениях от заданного курса входное устройство выдает сигнал, который после усиления вызывает поворот рулей и выравнивание курса.
130
Системы с обратной связью чрезвычайно широко распространены. Можно перечислить многие и многие примеры их применения в технике. Более того, регулирование с обратной связью характерно для многих биологических процессов. Можно без преувеличения сказать, что обратная связь является некоторым универсальным общим принципом кибернетических систем.
Простая система регулирования замкнутого цикла состоит из нескольких узлов, соединенных в общую, харак-
Рис. 6.3. Схема системы с обратной связью.
терную для всех таких систем схему. Эта схема приведена на рис. 6. 3.
Система регулирования замкнутого цикла, как правило, включает в себя некоторое энергетическое устройство, приводимое в действие от внутреннего источника энергии и управляемое с выхода усилителя сигнала. Это выходное исполнительное устройство может, например, производить нагрев или охлаждение, перемещать тяжелые тела, производя механическую работу, открывать и закрывать клапаны, заслонки, краны, вращать рули и т. д. Результатом работы выходного устройства всегда является действие, подчас заключающее в себе очень большие количества энергии и направленное на некоторый внешний, по отношению к системе регулирования, объект.
Как мы уже сказали, управление выходным устройством, скажем печью в нашем примере, осуществляется сигналом с выхода усилителя. Сигнал только управляет выходным устройством, но не снабжает его энергией. Мощность входного сигнала, подаваемого на усилитель, может быть очень мала.
9* 131
Существенной частью системы регулирования с обратной связью является сама цепь обратной связи. Действие, производимое выходным устройством, улавливается некоторым чувствительным элементом, в котором оно преобразуется в сигнал, и этот сигнал подается с выхода системы обратно на ее вход (отсюда термин «обратная связь»). На входе системы стоит элемент схемы, который служит для сравнения двух сигналов: сигнала обратной связи, несущего информацию о результате работы выходного устройства, и входного сигнала системы, поступающего извне и несущего информацию о желаемом результате действия выходного устройства. В результате сравнения получается разность обоих сигналов, которая и подается на вход усилителя. Если желаемый и действительный результаты совпадают, сигнал на входе усилителя равен нулю и выходное устройство бездействует.
Если же, вследствие любых воздействий, желаемый и действительный результаты не совпадают, разностный сигнал на входе усилителя не равен нулю, что заставляет работать выходное устройство до тех пор, пока действительный результат не станет равен желаемому.
Входной узел системы представляет собой вычитающее устройство. Из выходного сигнала системы, дающего сведения о желаемом результате, вычитается величина, определяемая сигналом обратной связи. Поэтому такой вид обратной связи называется «отрицательной» обратной связью. Существуют и системы с «положительной» обратной связью, которые мы рассмотрим несколько позже.
