Справочники. Словари. Энциклопедии

 Энциклопедический словарь юного техника

Любой вид управления (будь то в технике, живом организме или в обществе) связан с передачей информации. Обычно информацию передают с помощью условных сигналов, в закодированном виде. Сигналы в технике передаются по каналам электрической связи. Как правило, сигналы в системе управления бывают двух родов: одни содержат команду или приказ сделать что-либо (такие сигналы называются   управляющими,   регулирующими),   другие сигналы сообщают о выполнении команды или об ответной реакции объекта управления. Для каждого вида сигналов имеются свои каналы связи: от управляющего объекта к управляемому (так подаются команды) и от управляемого объекта к управляющему (путь ответной информации). Эти каналы передачи информации получили названия: прямая и обратная связь. Чтобы лучше представить себе, что такое прямая и обратная связь, рассмотрим такой пример.

Вы нечаянно прикоснулись к горячему утюгу, но прежде, чем вы получили ожог, рука сама отдернулась от утюга. Что произошло? При прикосновении к горячей поверхности утюга в нервных волокнах, расположенных в коже, возник нервный импульс — сигнал опасности, поступающий в центральную нервную систему. По этому сигналу центральная нервная система вырабатывает ответный нервный импульс, который направляется к мышцам руки. Получив этот импульс, мышцы сокращаются и отдергивают руку от утюга.

В этом примере источник управляющих сигналов — центральная нервная система, объект управления — рука, каналы связи — нервные волокна, обратная связь — от центральной нервной системы к мышцам руки; прямая связь — от окончаний нервных волокон в коже руки к центральной нервной системе.

Дать команду и выполнить ее — это полдела. Чтобы наилучшим образом достичь цели управления, необходимо точно знать, как выполнен приказ. Вот тут-то и нужна обратная связь. Сигналы, поступающие по обратной связи, несут информацию о правильности исполнения  приказа   и   полученном   результате.

Если тем или иным процессом управляет человек, то он сам наблюдает (непосредственно или по приборам) и оценивает результаты своих действий. А в системах автоматического управления работой машин управляет автомат (см. Автомат, автоматика). И в этом случае обратная связь абсолютно необходима. Рассмотрим, например, как работает регулятор Уатта, с помощью которого частота вращения вала, например паровой машины, поддерживается постоянной. Если вал машины, на котором расположен регулятор, начинает вращаться слишком быстро, то шары регулятора расходятся. В результате перемещаются рычаги, связывающие шары с клапаном подачи пара в машину, и прикрывают клапан, уменьшая подачу пара. Тотчас же частота вращения вала уменьшается. И наоборот: если вал машины вращается медленно, шары регулятора сближаются, в результате рычаги открывают клапан, увеличивая доступ пара в машину. В этом примере прямое воздействие — вращение вала паровой машины и ответная реакция регулятора — открывание или закрывание клапана подачи пара

Действие обратной связи при этом проявляется двояко: управляемый, регулируемый процесс может либо усиливаться, либо ослабляться. Если, например, частота вращения вала машины в результате действия обратной связи непрерывно увеличивается, то такая обратная связь называется положительной. Положительная обратная связь обязательна для любого генератора электрических колебаний, так как только благодаря ей в генераторе поддерживаются незатухающие колебания. Без положительной обратной связи из-за неизбежных потерь энергии генератор обязательно остановится.

Если результатом действия обратной связи является ослабление регулируемого процесса, то такая обратная связь называется отрицательной.

Все, без исключения, автоматические регуляторы действуют по принципу отрицательной обратной связи. Каждый регулятор имеет чувствительный элемент — датчик, или первичный преобразователь: устройство, которое чутко реагирует на изменения частоты вращения вала машины, уровня жидкости в баке, температуры в печи, концентрации кислоты в растворе. Например, в поплавковом регуляторе уровня воды в резервуаре — одном из простейших автоматических регуляторов — поплавок поднимается или опускается вместе с водой и тянет за собой рычаг. Когда вода поднимается выше нужного уровня, поплавок поднимается вместе с ней и тянет за собой рычаг, который перемещает заслонку, закрывая доступ воды в резервуар. Тем самым достигается постоянство уровня воды в резервуаре. Так, благодаря обратной связи в системе автоматического управления объект управления как бы сам следит за своим состоянием. И посредством обратной свяли он может либо изменять свое состояние по определенному закону, либо поддерживать его постоянным, неизменяемым.