エレクトロニクスおよびオートメーションにおけるフィードバックとは何ですか
フィードバックは、同じシステムの入力に対する各システム C (図 1) の出力値の影響です。より広い フィードバック — システムの機能の性質に対するシステムの機能の結果の影響。
出力の量に加えて、外部の影響も機能するシステムに作用する可能性があります (図 1 の x)。フィードバックが送信される AV 回路は、フィードバック ループ、ライン、またはチャネルと呼ばれます。
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チャネル自体には、送信の過程で出力値を変換する任意のシステム (D、図 2) を含めることができます。この場合、システムの出力から入力へのフィードバックは、D システムを使用して、または D システムを通じて行われると言われます。
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フィードバックは、エレクトロニクスおよび自動制御理論において最も重要な概念の 1 つです。フィードバックを含むシステムの実装の具体例は、自動システム、生物、経済構造などにおけるさまざまなプロセスの研究に見ることができます。
この概念は科学や技術のさまざまな分野に適用できる普遍性があるため、この分野の用語は確立されておらず、それぞれの特定の知識分野では、原則として独自の用語が使用されています。
例えば、 自動制御システムにおいて 広く使われています ネガティブフィードバックとポジティブフィードバックの概念、対応する負または正のゲインを持つゲイン接続を介して、システムの出力とその入力の間の接続を定義します。
電子アンプの理論では、これらの用語の意味は異なります。フィードバックは負のフィードバックと呼ばれ、全体のゲインの絶対値が減少し、正のフィードバックはゲインを増加します。
電子アンプの理論には実装方法に応じていくつかの方法が存在します 電流、電圧、および複合フィードバック.
自動制御システムには多くの場合、 追加のレビューシステムを安定させたり、過渡状態を改善したりするために使用されます。彼らは時々呼ばれます 矯正 そしてその中には 難しい (ブースター接続を使用して実行)、 フレキシブル (関係を微分することによって実装されます)、 等色性 等
さまざまなシステムでいつでも見つけることができます 影響の閉じた連鎖…たとえば、図。図 2 では、システムのパート B はパート D に作用し、後者は再び C に作用します。したがって、このようなシステムはとも呼ばれます。 閉ループ システム、閉ループ、または閉ループ システム。
複雑なシステムでは、さまざまなフィードバック ループが存在する可能性があります。複数要素システムでは、一般的に、各要素の出力は、それ自身の入力を含む他のすべての要素の入力に影響を与える可能性があります。
それぞれの影響は、代謝、エネルギー、情報という 3 つの主要な側面から考慮できます。 1 つ目は物質の位置、形状、組成の変化に関係し、2 つ目はエネルギーの伝達と変換に関係し、3 つ目は情報の伝達と変換に関係します。
制御理論では、影響の情報面のみが考慮されます。したがって、フィードバックは次のように定義できます。 システムの出力値に関する情報をその入力に渡すか、フィードバック リンクによってシステムの出力から入力に変換された情報の到着として渡します。
この装置の原理はフィードバックの適用に基づいています。 自動制御システム (ACS)…それらでは、フィードバックの存在により、システムの前部で作用する干渉 (図 3 の z) の影響が減少するため、ノイズ耐性が向上します。
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伝達関数 Kx (p) および K2 (p) との接続を持つ線形システムでフィードバック ループを削除すると、出力値 x のイメージ x は次の関係によって決まります。
この場合、出力値 x が参照アクション x * と正確に等しい必要がある場合、システムの合計ゲイン K (p) = K1 (p) K2 (p) は 1 に等しくなければならず、次の式が存在する必要があります。干渉なし z. z の存在と K (p) の 1 からの偏差により、誤差 e が生じます。違い
K (p) = 1 の場合、次のようになります。
ここで、図に示すようにフィードバックを使用してシステムを閉じるとします。 3 の場合、出力量 x のイメージは次の関係によって決まります。
この関係から、ゲイン モジュール Kx (p) が十分に大きい場合、第 2 項は無視できるため、干渉 z の影響は無視できることがわかります。同時に、出力量 x の値は、参照変数の値とほとんど変わりません。
フィードバックを備えたクローズドシステムでは、オープンシステムは制御対象の実際の状態に応答せず、変化するまで「目が見えず」「耳が聞こえない」ため、オープンシステムに比べてノイズの影響を大幅に減らすことができます。この状態で。
飛行機のフライトを例に考えてみましょう。飛行機が特定の方向に飛ぶように飛行機の舵が事前に高精度に調整されており、しっかりと固定されている場合、突風やその他のランダムかつ予期せぬ要因によって飛行機は目的のコースから外れてしまいます。
位置を修正できるのはフィードバック システム (オートパイロット) だけであり、指定されたコース x * と実際の x を比較し、結果として生じる偏差に応じて舵の位置を変更できます。
フィードバック システムはエラー (不一致) によって引き起こされるとよく言われます。リンク Kx (p) が十分に大きなゲインを持つ増幅器である場合、伝達関数 K2 (p) に課せられた特定の条件下では、残りの部分では閉ループ システムは安定したままになります。
この場合、定常状態誤差 e は任意に小さくすることができます。十分に大きな電圧が形成され、その出力に形成されるように、増幅器 Kx (p) の入力にそれが現れるだけで十分です。これにより、干渉が自動的に補償され、差 e= x となるような x の値が提供されます。 * — x は十分小さいでしょう。e の最小の増加は、ti の不釣り合いに大きな増加を引き起こします... したがって、(実用的な制限内で) あらゆる干渉 z を補償することができ、さらに任意に小さい値の誤差 e を使用すると、高ゲイン操縦パスは次のようになります。深いとよく言われます。
混合システムにおけるフィードバックは、異なる性質のオブジェクトで構成されているが目的を持って動作している複雑なシステムの機能中にも発生します。これらはシステムです: オペレーター (人間) と機械、教師と生徒、講師と聴衆、人間と学習装置。
これらすべての例で、私たちは影響の閉じた連鎖を扱っています。フィードバック チャネルを通じて、オペレーターは、制御対象のマシンの機能の性質に関する情報、トレーナー、つまり生徒の行動やトレーニングの結果などに関する情報を受け取ります。これらすべての場合、機能の過程で、両方の情報が得られます。チャネルを通じて送信される情報の内容、およびチャネル自体が大きく変化します。