ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ

— воздействие результатов функционирования какой-либо системы (объекта) на характер этого функционирования. Осн. идея О. с. заключается в том, чтобы использовать сами отклонения системы (объекта) от определенного состояния для формирования управляющего воздействия. Блок-схема системы с О. с. представлена на рис. 1. Здесь О — действительная (реальная) система (объект), О — другая (реальная или гипотетическая, часто именуемая эталонной) система, определяющая цель управления, Р — устройство (орган) управления, у, у, z — операторы, описывающие функционирование соответствующих элементов системы, L — неконтролируемое возмущающее воздействие. Состояние у системы О сравнивается тем или иным образом с состоянием у системы О. В результате О испытывает воздействие у.

В отличие от систем управления разомкнутых, системы управления, использующие О. с. наз. системами управления замкнутыми, при этом связь Р с О наз. прямой (цепь I), а связь О с Р — обратной (цепь II). Иными словами, в системах с О. с. можно выделить замкнутую цепь причинно-следственных явлений. Если под действием О. с. первоначальное отклонение состояния у (выходной, управляемой координаты), вызванное возмущающими воздействиями, уменьшается, то говорят, что имеет место отрицательная противном случае говорят о положительной О. с. Обычно положительная О. с. приводит к неустойчивой работе системы в целом. В зависимости от вида операторов, производящих , различают непрерывную и дискретную (эпизодическую), линейную и нелинейную, статическую и динамическую (гибкую) О. с.

О. с. в системах автоматического управления. Принцип О. с.

наиболее полно разработан в автоматического управления теории. Уже первые автомат, регуляторы стабилизации систем использовали в качестве управляющего воздействия отклонение выходной величины от заданного значения; в следящих системах асистемахпрограммного управления управляющее воздействие формировалось на основе измерения и преобразования погрешности рассогласования — разности между заданным значением управляемой координаты и ее текущим значением на выходе системы, т. е. в таких системах Значительное число систем автомат, управления было создано и создается на основе этой идеи.

Передаточная функция замкнутой одноконтурной системы с отрицательной О. с. выражается через передаточные функции прямой цепи управляющего устройства (регулятора) и объекта и цепи О. с. следующим образом:

Введение О. с. позволяет усложнить управляющий сигнал в системах. Так, если в разомкнутой системе входная величина у является управляющим воздействием, то в замкнутых системах управляющее воздействие z зависит от законов преобразования погрешности системы и для рассмотренного выше случая z определяется как

В многоконтурных системах автоматического управления могут использоваться как местные О. с., охватывающие одно или несколько звеньев, так и общая (главная) О. с., охватывающая всю систему в целом. При управлении многокоординатными объектами (напр., в системах программного управления) используют перекрестные стабилизирующие связи между двумя или несколькими системами управления по отдельным координатам. Сложные многоконтурные цепи О. с. используют для организации систем управления, оптим. по некоторому критерию. Усложнение цепей О. с., связанное с удовлетворением определенному критерию качества управления, часто эквивалентно преобразованию рассогласования, полученного с помощью общей О. с.

О. с. в кибернетических системах. К кибернетическим системам относят системы управления, содержащие несколько различных по уровню иерархии контуров управления, а также системы классификации, распознавания и принятия решений, способные к изменению своей организации в процессе обучения. На рис. 3 представлена трехуровневая иерархическая система управления. 1-й уровень (контур) управления строится на использовании непрерывной О. с., преобразовании сигнала в цепи О. с. и преобразовании сигнала рассогласования Это уровень непосредственного управления объектом. Конкретные значения параметров а передаточной функции W и b — передаточной функции задает контур настройки (КН). В КН вводятся непрерывно или дискретно значения .

1. Блок-схема системы с обратной связью.

2. Блок-схема замкнутой одноконтурной системы с обратной связью.

3. Трехуровневая иерархическая система управления с обратными связями.

По значениям координат объекта и входного сигнала, а также в зависимости от критерия управления q, КН вырабатывает и устанавливает в значения параметров а и b. Этот уровень иерархии имеет свои специфические О. с. от звеньев по параметрам а и b. КН обычно управляет некоторым мн-вом систем управления. 3-й уровень иерархии составляет контур критериев — КК. В зависимости от обстановки, в которой протекает управление (напр., нормальной или аварийной работы объекта, действия помех), а также от внешних указаний — z, учитывающих работу смежных систем, или цели оператора, управляющего комплексом систем, КК вырабатывает нужный критерий качества управления из набора критериев q и дает сигнал в КН о смене алгоритма настройки параметров контура непосредственного управления объектом. Здесь введение векторов у и х связано в основном с целью информировать КК о состоянии выхода и входа системы в некоторые дискретные моменты

времени. О. с., характерная для этого уровня иерархического управления, осуществляется с КН по критерию q. КК управляет некоторым мн-вом контуров настройки. Обычно контур непосредственного управления выполняется на элементах аналоговых вычислительных машин, а контур настройки и контур выработки критерия реализуется с помощью ЦВМ.

Важную роль играет О. с. в системах классификации, распознавания образов и принятия решений. Положительную О. с. используют при реализации поощрения, напр., в системах типа персептрона при самообучении или обучении с помощью учителя. В системах «человек—машина» О. с., замыкающуюся через оператора, можно использовать для непосредственной выработки управляющего сигнала, для проверки и выработки критерия управления, а также в качестве информационной связи, позволяющей оператору принять оптим. решение.

О. с. в биологических системах существует от клетки до целостного организма. Обычно она направлена на поддержание постоянного значения выходной величины. Совокупности клеток, образующие органы, обладают способностью к саморегуляции. Так, сердце, напр., имеет спец. автономный нервный регулятор — синусный узел, который управляет последовательным сокращением различных отделов сердца и поддерживает постоянство частоты сокращений сердца. Система управления уровнем сахара в крови решает задачу стабилизации биохимических процессов: распада гликогена тканей с выделением сахара в кровь и синтеза гликогена печенью из свободного сахара в крови. При этом управляющий сигнал, представляющий разность между заданным значением уровня сахара, необходимого для организма в данный момент времени, и текущим значением уровня сахара в крови, вырабатывается за счет отрицательной О. с. Развитый организм обладает большим набором систем регуляции, обеспечивающих относительное постоянство вещественных и энергетических затрат при взаимодействии организма со средой. К параметрам организма, постоянство которых поддерживается в процессе его жизнедеятельности, относятся: температура тела, вес тела, минутный объем крови и дыхания, уровень сахара и гемоглобина и мн. др. Поддержание в нужных пределах каждой из этих величин осуществляется благодаря взаимосвязанной работе многих органов, входящих в конкретную систему регуляции. Характерным для биол. систем управления является сложное преобразование сигналов ошибки и О. с. (рис. 2), а также иерархическое построение с настройкой от нервной системы и выработкой критериев с помощью мозга (рис. 3). В биол. системах управления осуществляется слаженное взаимодействие медленнодействующих систем (систем обмена, гуморальной) и быстродействующих (нервной системы).

В системах управления движениями организма О. с. обычно замыкается через органы чувств. Около 90% систем управления движениями используют визуальную О. с., а остальные 10% — слуховую, осязательную и другие О. с. Контроль над правильностью движения осуществляется также местными О. с. от рецепторов мышц. Контроль над правильностью целого комплекса сложных движений осуществляется при помощи коркового механизма сличения, работающего на основе показаний сложной алгоритмической О. с. Выработка цели комплекса движений организма производится акцептором действия. Она же производит окончательное сравнение заданной программы и результатов действий организма. Работу акцептора действия на основе механизма О. с. (афферента-ции) описал еще в 30-х годах сов. физиолог П. К. Анохин. Идеи, заложенные в понятии акцептора действия, были, однако, слишком сложны для тогдашнего уровня развития теории автомат, регулирования. Акцептор действия играет важную роль в обучении биосистем, в распознавании образов и принятии решений, замыкая О. с. между организмом и средой на самом высоком уровне иерархического управления по цели комплекса действий, каждое из которых выполняется в соответствии с определенным критерием.

О. с. в экономических и социальных системах. Регулятором ячейки эконом, системы, производящей определенный продукт, напр., является рынок, т. е. потребление данного продукта. Разность между спросом на продукт и выходом эконом, ячейки (наличием продукта в продаже), возникающая в результате О. с., является управляющим сигналом для эконом, ячейки. В этом случае О. с. может быть непрерывной или дискретной, но достаточно частой. Взаимослаженная работа мн-ва эконом, ячеек, представляющего отрасль пром-сти, требует введения координирующего и управляющего органа, работающего на основе дискретных О. с. от эконом, ячеек. О. с. позволяет выработать нужные оптим. настройки для каждой эконом, ячейки (контур непосредственного управления и контур настройки на рис. 3). Для управления пром-стью в целом необходим еще один уровень иерархического управления, вырабатывающий на основании О. с. критерии для отраслей пром-сти (рис. 3). И, наконец, определение цели экономики страны в целом ложится на органы политического управления.

В социальной области О. с. используют для определения политических, моральных и др. тенденций, здесь она осуществляется путем социологических исследований и опроса. Эта О. с. от общества на органы власти необходима для выработки правильной (соответствующей запросам общества) ближайшей и отдаленной политики, осуществляемой затем с помощью законодательства, средств массовой информации (печать, радио, кино, телевидение, лекции, плакаты и др.) и т. п.

Лит.: Антомонов Ю. Г. Автоматическое управление с применением вычислительных машин. Л..

1962 [библиогр. с. 334 — 337]; Айзерман М. А. Лекции по теории автоматического регулирования. М., 1957 [библиогр. с. 495—516]; Горовиц А. М. Синтез систем с обратной связью. Пер. с англ. М., 1970 [библиогр. с. 586—590]; Хаммонд ГГ. Теория обратной связи и ее применения. Пер. с англ. М., 1961. Ю. Г. Антомонов.