Qu'est-ce que la rétroaction dans l'électronique et l'automatisation

La rétroaction est l'effet de la valeur de sortie de chaque système C (Fig. 1) sur l'entrée du même système. Plus large rétroaction — l'influence des résultats du fonctionnement du système sur la nature de ce fonctionnement.

En plus de la quantité de sortie, des influences externes peuvent également agir sur un système en fonctionnement (x sur la Fig. 1). Le circuit AV à travers lequel la rétroaction est transmise est appelé une boucle, une ligne ou un canal de rétroaction.

Riz. 1.

Le canal lui-même peut contenir n'importe quel système (D, Fig. 2) qui transforme la valeur de sortie au cours de sa transmission. Dans ce cas, on dit que la rétroaction de la sortie du système vers son entrée se produit en utilisant ou via le système D.

Riz. 2.

La rétroaction est l'un des concepts les plus importants de l'électronique et de la théorie de la commande automatique. Des exemples concrets de mise en œuvre de systèmes contenant des rétroactions peuvent être trouvés dans l'étude d'une grande variété de processus dans les systèmes automatiques, les organismes vivants, les structures économiques, etc.

En raison de l'universalité du concept, applicable dans divers domaines de la science et de la technologie, la terminologie dans ce domaine n'est pas établie et chaque domaine de connaissance spécifique utilise généralement sa propre terminologie.

Par exemple, dans les systèmes de contrôle automatique largement utilisé concepts de rétroaction négative et positive, qui définissent la connexion entre la sortie du système et son entrée via une connexion de gain avec un gain négatif ou positif correspondant.

Dans la théorie des amplificateurs électroniques, la signification de ces termes est différente: la rétroaction est appelée négative, ce qui réduit la valeur absolue du gain global, et positive - l'augmente.

Selon les méthodes de mise en œuvre dans la théorie des amplificateurs électroniques existent rétroactions de courant, de tension et combinées.

Les systèmes de contrôle automatique comprennent souvent avis supplémentairesutilisé pour stabiliser les systèmes ou améliorer leurs transitoires. Ils sont parfois appelés correctif et parmi eux il y a dur (réalisé à l'aide d'une connexion booster), flexible (implémenté par relation de différenciation), isodromique etc.

Dans différents systèmes, vous pouvez toujours trouver chaîne d'influence fermée… Par exemple, dans la fig. 2, la partie B du système agit sur la partie D, et cette dernière à nouveau sur C. Par conséquent, de tels systèmes sont également appelés systèmes en boucle fermée, systèmes en boucle fermée ou en boucle fermée.

Dans les systèmes complexes, de nombreuses boucles de rétroaction différentes peuvent exister. Dans un système multi-éléments, la sortie de chaque élément peut, de manière générale, affecter les entrées de tous les autres éléments, y compris sa propre entrée.

Chaque impact peut être considéré sous trois aspects principaux : métabolique, énergétique et informationnel. Le premier est lié aux changements de localisation, de forme et de composition de la matière, le second au transfert et à la transformation de l'énergie, et le troisième à la transmission et à la transformation de l'information.

Dans la théorie du contrôle, seul le côté informationnel des influences est pris en compte. Ainsi, la rétroaction peut être définie comme passant des informations sur la valeur de sortie du système à son entrée ou comme l'arrivée d'informations converties par le lien de rétroaction de la sortie à l'entrée du système.

Le principe du dispositif est basé sur l'application de rétroaction. systèmes de contrôle automatique (ACS)… Dans ceux-ci, la présence de rétroaction fournit une augmentation de l'immunité au bruit en raison d'une réduction de l'influence des interférences (z sur la Fig. 3) agissant dans la partie avant du système.

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Si dans un système linéaire avec des connexions avec des fonctions de transfert Kx (p) et K2 (p) vous supprimez la boucle de rétroaction, alors l'image x de la valeur de sortie x est déterminée par la relation suivante :

Si, dans ce cas, la valeur de sortie x doit être exactement égale à l'action de référence x *, alors le gain total du système K (p) = K1 (p) K2 (p) doit être égal à l'unité et il doit y avoir aucune interférence z. La présence de z et l'écart de K (p) par rapport à l'unité donnent lieu à une erreur e, c'est-à-dire la différence

Pour K (p) = 1 on a

Si nous fermons maintenant le système à l'aide de la rétroaction, comme illustré à la Fig. 3, l'image de la grandeur de sortie x sera déterminée par la relation suivante :

Il résulte de la relation que pour un module de gain suffisamment grand Kx(p), le deuxième terme est négligeable et donc l'influence de l'interférence z est négligeable. Dans le même temps, la valeur de la grandeur de sortie x différera très peu de la valeur de la variable de référence.

Dans un système fermé avec rétroaction, il est possible de réduire considérablement l'influence du bruit par rapport à un système ouvert, puisque ce dernier ne répond pas à l'état réel de l'objet contrôlé, est « aveugle » et « sourd » jusqu'à ce qu'un changement dans cet état.

Prenons un vol en avion comme exemple. Si les gouvernails de l'avion sont préréglés avec une grande précision pour qu'il vole dans une certaine direction, et s'ils sont fixés de manière rigide, des rafales de vent et d'autres facteurs aléatoires et imprévus feront dévier l'avion de la trajectoire souhaitée.

Seul le système de rétroaction (pilote automatique) est capable de corriger la position, qui est capable de comparer le cap donné x * avec le x réel et, en fonction de l'écart résultant, de modifier la position du gouvernail.

On dit souvent que les systèmes de rétroaction sont axés sur les erreurs (discordance). Si la liaison Kx(p) est un amplificateur à gain suffisamment important, alors sous certaines conditions imposées à la fonction de transfert K2(p) le reste du chemin, le système en boucle fermée reste stable.

Dans ce cas, l'erreur en régime permanent e peut être arbitrairement petite. Il suffit qu'il apparaisse à l'entrée de l'amplificateur Kx (p) pour qu'une tension suffisamment grande se forme et se forme à sa sortie, ce qui compense automatiquement les interférences et fournit une valeur de x telle que la différence e= x * — x serait assez petit.La plus petite augmentation de e entraîne une augmentation disproportionnée de ti ... Par conséquent, toute interférence (dans des limites pratiques) z peut être compensée, et de plus, avec une valeur arbitrairement petite de l'erreur e, le chemin de manœuvre à gain élevé est souvent appelé profond.

La rétroaction dans les systèmes mixtes a également lieu lors du fonctionnement de systèmes complexes constitués d'objets de nature différente, mais agissant à dessein. Ce sont des systèmes : opérateur (humain) et machine, enseignant et étudiant, conférencier et public, humain et dispositif d'apprentissage.

Dans tous ces exemples, nous avons affaire à une chaîne fermée d'influences. Par les canaux de rétroaction, l'opérateur reçoit des informations sur la nature du fonctionnement de la machine contrôlée, le formateur - des informations sur le comportement de l'élève et les résultats de la formation, etc. Dans tous ces cas, en cours de fonctionnement, à la fois le contenu des informations transmises par les canaux et les canaux eux-mêmes changent de manière significative.