Сигнал о некоторых понятиях кибернетики - Полетаев И.А.
Скачать (прямая ссылка):
Система с обратной связью испытывает, очевидно, воздействия двоякого рода. Во-первых, влияние случайных изменений внешних условий; в случае термостата — это изменения условий теплообмена (изменения внешней температуры и теплопроводности стенок), в случае автопилота— это влияние ветра и т. д. Во-вторых, воздействие внешнего сигнала управления, который дает, так сказать, опорный уровень желаемого результата, исходя из которого система «отрабатывает» внешние воздействия. Пользуясь сигналом управления, мы можем установить терморегулятор на новое значение температуры, и автомат будет поддерживать это новое значение.
Входной сигнал можно непрерывно менять. В этом случае выходное устройство будет работать так, что на выходе его величина, характеризующая результат его действия, например, положение тяжелого груза, будет послушно следовать за входным сигналом, который может задавать-
132
ся, например, поворотом небольшой ручки или легкого диска или ничтожным световым потоком, падающим на фотоэлемент.
Как бы при этом ни был слаб входной сигнал и как бы ни была велика мощность выходных устройств, выходное устройство будет не только послушно следовать за изменениями входного сигнала, но и стабилизировать выходную величину при случайном изменении внешних условий.
Естественно назвать систему с отрицательной обратной связью устройством, и с п о л н я ю щ и м сигнал, т. е. превращающим сигнал в действие значительного энергетического масштаба.
___________ I _____________
X /и Т К X
f(xH; к*1;
К
Рис. 6.4. Решение трансцендентного уравнения с помощью системы с обратной связью (К—коэффициент усиления).
Впрочем, не следует думать, что система с обратной связью непременно обладает большой мощностью выходного устройства. Существует много применений таких систем, где этого не требуется, хотя и в этих применениях имеется усилитель сигнала. К числу таких применений относится использование обратной связи в решающих устройствах непрерывного действия. Для решения сложного уравнения (например, трансцендентного) используются устройства, функционально преобразующие сигнал, изображающий независимую переменную. Решаемое уравнение приводится к виду /(*)=0; сначала в качестве аргумента х вводится произвольная величина. На выходе функциональных преобразователей получается некоторая величина, отличная от нуля f(x)=yт^О. Эта величина подается в качестве входного сигнала на цепь обратной связи, с выхода которой снимается величина аргумента х, вводимого в функциональное решающее устройство. Система изменяет входную и выходную величины до тех пор, пока не будет удовлетворено уравнение и на выходе функционального устройства не появится нулевое значение (точнее, значение, близкое к нулю). Решающее устройство с обратной связью как
133
бы ищет подходящее значение корня, решая задачу методом последовательных приближений.
Разнообразные приборы такого типа, и подчас очень сложного устройства, широко применяются в технике.
Системы с обратной связью по своим свойствам резко отличаются от систем прямого регулирования. Отличия эти можно проследить с различных точек зрения. Они характерны и имеют большое принципиальное значение.
В системе прямого регулирования, как мы уже видели выше, некоторый сигнал, подаваемый на вход системы, проходит усиление и преобразование в системе. В результате, на выходе системы имеет место некоторое энергетическое действие, одназначно определяемое входным сигналом, например выделение тепла или поворот руля. В этом отношении система прямого регулирования, казалось бы, подобна системе с обратной связью. Однако это справедливо только при том условии, что все внешние влияния и внутреннее состояние системы остаются строго неизменными и не оказывают воздействий на результат работы системы. В практике такие условия чаще всего не выполняются, поэтому любое изменение внешних условий или изменение характеристик узлов самой системы влечет за собой изменение результата работы системы регулирования разомкнутого цикла (по сравнению с желаемым результатом). Так, например, порыв ветра сбивает корабль с курса или же уменьшение коэффициента усиления усилителя сигнала влечет за собой уменьшение выходного эффекта при неизменном сигнале на входе.
Замыкание петли обратной связи создает качественно новую систему, обладающую новыми свойствами, которых не имели ее составные части. Характеристики системы с обратной связью в широких пределах не зависят от характеристик ее узлов или эта зависимость оказывается очень малой. Так, изменение коэффициента усиления усилителя оказывается практически незаметным, если только коэффициент усиления остается еще достаточно большим. Кроме того, система с обратной связью работает, учитывая внешние влияния на результат работы и реагируя на них таким образом, чтобы устранить эти влияния. Система с обратной связью как бы «приспосабливается» к внешним условиям. Автоматический рулевой восстановит нужный курс, по какой бы причине ни произошло отклонение.
