Классическое понятие обратной связи

Классическое определение обратной связи Q 20

Рассмотрим входы и выходы объекта. Будем считать, что выходы объекта могут влиять на его входы. Изобразим это графически:

ВХ

ВЫХ

объект

Влияние ВЫХ на ВХ

 

 

Приведем примеры.

компьютер

команды

результат работы

влияние результата на подачу новых команд

EX 

1) Компьютер 

 

лев

хочет есть

лев охотится

лев наелся, вход блокируется

2) Лев

 

3) Пенитенциарная система

суд

преступление

заключение в тюрьму

влияние на кол-во преступлений

 

 

Важнейшее определение кибернетики:

Влияние выходов объекта на его входы называетсяобратной связью

 

(отметим, что это простейшее определение, см. также дальше).

В английском языке «обратная связь» - FeedBack. Поэтому в научной литературе это понятие без объяснений может обозначаться  «FB».

Отсутствие влияния выходов объекта на его входы называется прямой связью.

 

Общее определение обратной связи. Пример сложной связи

Влияние выходов на происходящее в объекте Q 21

А

В

Рассмотрим ситуацию, когда кроме объекта В с обратной связью, рассматривается объект А с прямой связью на В:

С

Представим объекты А и В как один объект С. Получим: Трактовка

полученного: влияние выходов на происходящее в объекте можно рассматривать как обратную связь

И наоборот, из второй картинки можно получить первую, разделив объект С на две части.

EX:Влияние выходов на происходящее – см. Рис.

сдача зачета

ответы

изучение реакции преподавателя

вопросы

процесс печати

оттиск

регулировка при оттиске с браком

подача бумаги и краски

 

 

Возможность влияния выходов не только на входы, но и непосредственно на происходящее в объекте, порождает   общее  определение обратной связи:

Обратной связью называется воздействие результатов процесса на его протекание

Это   общее  определение обратной связи. Влияние выходов на входы является здесь частным случаем.

Сказанное выше можно трактовать и так, что обратная связь имеет две интерпретации:

объект

объект

 

В любом случае обратная связь имеет четыре составляющих:

· процесс,

· вход,

· выход,

· влияние выхода на происходящее.

Любая из них может иметь усложненную структуру. Может быть p  входов и q  выходов. Процесс может делиться на части, может быть указана связь входов и выходов с этими частями. Влияние выхода может раздеться и идти, например, и на входы, и в составляющие процесса. Может бить указана необходимость обработки выходов и др.

Приведем пример сложной обратной связи.

ВХ 1

ВХ 2

ВХ 3

СОСТАВНОЙ ОБЪЕКТ

ВЫХ 1

ВЫХ 2

обратная связь на вход

обратная связь на объект

 

 

Пример усложненной обратной связи        

Виды обратной связи

Виды обратной связи: отрицательная и положительная;

искусственная и естественная Q 22

Существуют многочисленные классификации обратной связи. Приведём важнейшие из них.

1) Положительная и отрицательная. Положительная обратная связь усиливает входы. Отрицательная – уменьшает или ликвидирует их.

Отрицательная обратная связь обычно означает противодействие тем факторам, которые считаются вредными, ненужными. Такая связь позволяет сохранять важные свойства системы, например, удерживает ее от разрегулирования, выхода из строя, разрушения.

EX: Отрицательная связь – рассмотренное выше управление по отклонению (вход – отклонение, его надо уменьшить). Др. примеры отрицательной связи – пилот или автомат выравнивает самолет после порыва ветра; радиотехнический фильтр уменьшает помехи, уборщица в больнице два раза в день делает мокрую уборку для уменьшения завирусованности помещений.

Положительная обратная связь либо должна когда-нибудь кончиться. Это объясняется тем, что входы всё время усиливаются, и система, скорее всего, их не выдержит. Правда, возможно, что усиление становиться всё время меньше и меньше, т.е. стремиться к пределу. Отметим также, что положительная обратная связь распространена существенно меньше отрицательной.

EX: Положительная связь. а) При тренировке выдерживание нагрузки организмом позволяет увеличивать нагрузку. При этом увеличение нагрузки стремится к пределу. б) Финансовая пирамида: увеличение числа членов позволяет увеличивать выплаты. Здесь положительная связь заканчивается ломкой системы.

Возвратимся к примеру с компьютером в начале п.2.2.1. Какая здесь связь? Положительная? Отрицательная? Ответ – в том примере связь не может быть классифицирована ни тем, ни другим образом. Этот пример показывает, что деление связи на положительную и отрицательную не носит абсолютный характер.

2) Искусственная и естественная. Искусственная обратная связь организуется специально. В технической системе это происходит созданием специальных приспособлений. В организационных системах это такие меры как создание комиссий, инспекций, многопартийная система и т.д.

Естественная связь имеет место благодаря объективно существующим факторам (саморегулирование рыночной экономики, сосуществование видов растений, животных, притирка характеров).

EX: Поворот руля для выравнивания движения машины – это искусственная, специально организованная обратная связь. Поворот листа к солнцу – пример естественной связи.

Виды обратной связи: опаздывающая и опережающая;

по форме математического описания Q 23

3) Интересным является деление обратной связи на запаздывающую   и  опережающую. В стандартном случае обратная связь является немного запаздывающей – нужно время, чтобы сигнал прошёл от выхода назад к входу. Но часто этим временем можно пренебречь. Опережающая связь обычно означает, что нежелательные воздействия входов на объект ещё не начались, но они уже   предсказаны, и с ними началась борьба. Таким образом, опережающая связь требует продумывания, предсказаний и расчётов.

EX: Опережающая обратная связь: Прививки от болезней. Удар по неприятелю, сконцентрировавшему силы для нападения. Укрепление национальной валюты в преддверии финансовых катаклизмов. Замена вроде бы ещё нормально работающего HD после специального тестирования.

EX: Значительно запаздывающая обратная связь: после аварии установили светофор. После экономического спада изменяют законодательство. Отчислили из Вуза – решил, что надо учиться. Поговорка: «Пока гром не грянет, мужик не перекрестится».

4)  Если обратная связь допускает математическое описание, то она классифицируется по виду этого описания. Самое простое разделение имеет вид: линейная/нелинейная. Еще одно типичнее различие – непрерывная и дискретная

Линейная связь реализует идею «влияние на вход пропорционально отклонению выхода от желательного»:    Δx = b (y – y₀). Здесь реальный у – выход, y₀  – желательный. Δx – добавка к входу x, т.е. окончательный вид входа имеет вид x + Δx, величина b называется коэффициентом передачи: b >0 – связь положительна, b <0 - отрицательна;

Нелинейная связь очень многообразна, например, квадратичная имеет вид Δx = a + b ( y–y₀) + c ( y–y₀)², гармоническая Δx = K sin(a ( y–y₀)) и многое другое.

Свойства обратной связи