A mérnöki visszacsatolás olyan folyamat, amely oda vezet, hogy egy rendszer működésének eredménye befolyásolja azokat a paramétereket, amelyektől a rendszer működése függ. Más szóval, a kimeneti jelével arányos jel (vagy általános esetben ennek a jelnek a függvénye ) kerül a rendszer bemenetére . Ezt gyakran szándékosan teszik, hogy befolyásolják a rendszer dinamikáját.
Tegyen különbséget pozitív és negatív visszajelzés között. A negatív visszacsatolás oly módon változtatja meg a bemeneti jelet, hogy ellensúlyozza a kimeneti jel változását. Ezáltal a rendszer ellenállóbbá válik a véletlenszerű paraméterváltozásokkal szemben. A pozitív visszacsatolás viszont felerősíti a kimeneti jel változását. Az erős pozitív visszacsatolású rendszerek instabillá válnak, csillapítatlan oszcillációk léphetnek fel bennük , vagyis a rendszer generátorrá válik.
Az önszabályozó mechanizmusok ősidők óta léteznek, és a visszacsatolás gondolata a 18. században kezdett bekerülni Nagy-Britannia közgazdasági elméletébe , de akkoriban még nem ismerték el univerzálisnak, ezért nem volt neve [1] .
Az első ismert mesterséges visszacsatoló eszköz egy úszószelep volt , amely állandó szinten tartotta a vizet, ie 270-ben találták fel Alexandriában . Ez az eszköz szemlélteti a visszacsatolás elvét: alacsony vízszint nyitja a szelepet , majd a felszálló víz visszacsatolást ad a rendszernek, a szelepet a kívánt szint elérésekor elzárja. Ez körben ismétlődik, ha a vízszint ingadozik [2] .
A szélmalmok malomkövek közötti távolságának és nyomásának szabályozására a 17. század óta centrifugális szabályozókat használnak . 1788 - ban James Watt üzlettársa , Matthew Boulton javaslatára kifejlesztette első centrifugális kormányzóját gőzgépekben való használatra . A korai gőzgépek pusztán dugattyús mozgást és vízszivattyúzást alkalmaztak - ez az alkalmazás nem érzékeny az üzemi fordulatszám változásaira, de a gőzgépek használata más esetekben pontosabb fordulatszám-szabályozást igényelt.
1868-ban James Clerk Maxwell megírta a híres "On Regulators" című művét, amely a vezérléselmélet és a visszacsatolási matematika klasszikusának számít [3] .
A "visszacsatolás" kifejezést a mechanikai folyamatban egy korábbi pozícióhoz való visszatérés értelmében először az Egyesült Államokban használták az 1860-as években [4] [5] , majd 1909-ben a Nobel-díjas Karl Ferdinand Braun használta a " visszacsatolás" főnévként, amely az analóg áramköri [6] .
1912-ben a korai elektronikus erősítőket ( audionokat ) használó kutatók azt találták, hogy a kimeneti jel egy részének szándékos visszairányítása a bemeneti áramkörbe növelte az erősítést ( regeneráción keresztül ), de többletzajt is okozott az eszközben. Ez a visszacsatolás a kimenettől a bemenetig vezetett ahhoz, hogy 1920-ra a "feedback" kifejezést külön szóként használták [7] .
Az évek során vita alakult ki a visszajelzés legjobb meghatározását illetően. Ashby szerint a visszacsatolási mechanizmusok elvei iránt érdeklődő matematikusok és teoretikusok a "ciklikus cselekvés" definícióját részesítik előnyben, amely egyszerű és koherens elméletet tart. Gyakorlatibb célok érdekében a visszajelzésnek szándékosan valamilyen kézzelfoghatóbb kapcsolaton keresztül kell hatnia.
A kísérletezők kifogásolják a visszacsatolás matematikai definícióját, mivel ebben az esetben a visszacsatolás egy közönséges ingában van jelen helyzete és lendülete között - "visszacsatolás", ami gyakorlati szempontból kissé misztikus. Ezzel szemben a matematikusok azt állítják, hogy ha a visszacsatolásnak csak akkor kell működnie, ha van egy valódi vezeték vagy ideg , amely azt reprezentálja, akkor az elmélet kaotikussá válik, és tele van ellentmondásokkal [8] .
Létezik a visszacsatolás meghatározása is: „információ a rendszerparaméter tényleges szintje és referenciaszintje közötti különbségről”, amelyet a „rés valamelyest megváltoztatására” használnak. Ugyanakkor az információ önmagában nem visszacsatolás, ha nem váltja át tettekre [9] .
Pozitív visszacsatolás : Ha a kimenetről érkező visszacsatolójel fázisban van a bemeneti jellel, akkor a visszacsatolás pozitív.
Negatív visszacsatolás : Ha a visszacsatolójel ellentétes polaritású vagy 180°-kal fázison kívül van a bemeneti jelhez képest, akkor a visszacsatolást negatív visszacsatolásnak nevezzük.
A negatív visszacsatolás például egy olyan sebességtartó automatika , amely eléri a célsebességet . A vezérelt rendszer egy autó; bemenete tartalmazza a motor és a változó útminőség együttes nyomatékát .
A jármű sebességét (állapotát) a sebességmérő méri . A hibajelzés a sebességmérő által mért sebesség eltérése a beállított sebességtől. Ezt a mért hibát a vezérlő értelmezi, hogy beállítsa a gázpedált , amely szabályozza az üzemanyag áramlását a motorba. A motor nyomatékának ebből adódó változása , a visszacsatolás, az útminőség változásai miatti nyomatékváltozással kombinálva csökkenti a sebességhibákat, miközben minimalizálja az útzajt.
A „pozitív” és „negatív” kifejezéseket először az 1920-as években alkalmazták a visszacsatolásra, a regeneratív áramkör bevezetésével [10] . 1924-ben Friis és Jensen az elektronikus erősítők sorozatában történő regenerációt úgy írták le, mint azt az esetet, amikor a "visszacsatolás" pozitív, ellentétben a negatív visszacsatolási akcióval, amelyet csak futólag említenek [11] . Harold Stephen Black klasszikus 1934-es cikke először részletezi a negatív visszacsatolás használatát az elektronikus erősítőkben. Black szerint a pozitív visszacsatolás növeli az erősítő erősítését, a negatív visszacsatolás csökkenti [12] . James Clerk Maxwell azonban már azelőtt is leírta a gőzgépekben használt centrifugális szabályozókhoz kapcsolódó "alkatrészmozgások" többféle típusát , megkülönböztetve azokat, amelyek a zavarás vagy az oszcilláció amplitúdójának állandó növekedését eredményezik, és azokat, amelyek az oszcillációhoz vezetnek. csökkenéséhez [13] .