Любой вид управления (будь то в технике, живом организме или в
обществе) связан с передачей информации. Чаще всего информацию передают
по каналам электрической связи с помощью условных сигналов - кода.
Сигналы в системе управления обычно бывают двух родов: одни содержат
команду или приказ сделать что-либо и называются управляющими,
регулирующими, другие сообщают о выполнении команды или 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 протянули руку и нечаянно коснулись горячего утюга, но прежде, чем вы
получили ожог, рука сама отдернулась от утюга. Что произошло? При
прикосновении руки 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 <команду> - ответный нервный импульс,
который направляется к мышцам руки. Получив эту команду, мышцы
сокращаются и отдергивают руку от утюга.
В этом примере источник управляющих сигналов - центральная нервная
система, объект управления - рука, каналы связи - нервные волокна,
прямая связь - от центральной нервной системы к мышцам руки, обратная
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 цепям
обратной связи, несут информацию о правильности выполнения приказа и
полученном результате.
Если тем или иным процессом управляет человек, то он сам может наблюдать
(непосредственно или по приборам) и оценивать результаты своих действий.
А в системах автоматического управления работой машин управляетавтомат (см.
Автомат, автоматика).
И в этом случае обратная связь абсолютно необходима. Рассмотрим,
например, как работает регулятор Уатта, с помощью которого частота
вращения вала 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 и рычаги открывают клапан, увеличивая доступ пара
в машину. В этом примере прямое воздействие - вращение вала паровой
машины, ответная реакция регулятора - открывание или закрывание клапана
подачи пара (см. рис. на с. 18).
Действие обратной связи 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
с использованием отрицательной обратной связи. Каждый регулятор имеет
чувствительный элемент - датчик, или первичный измерительный
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. 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
может посредством обратной связи либо изменять это состояние по
определенному закону, либо получает возможность поддерживать его
постоянным, неизменным.
