Palaute

Keskipako kuvernööri kuin klassinen esimerkki palautetta: nopeammin kone kääntyy, edelleen pallot heitetään ulospäin, mikä tarkoittaa, että kuristusventtiili sulkeutuu muuta avulla nostolaitteen, joka hidastaa koneella: tasapainotilan tasolla vinossa.

Palautetta , myös palautetta , palaute tai Palaute [ fiːdˌbæk ] (Engl.), On mekanismi, että signaalia vahvistava tai tietojärjestelmien, jossa osa tuotannosta syötetään takaisin suoraan tai muutetussa muodossa, jotta panos järjestelmä.

lajia

Palautetta esiintyy monissa teknisissä, biologisissa, geologisissa, taloudellisissa ja sosiaalisissa järjestelmissä . Palautetun muuttujan tyypistä ja suunnasta riippuen järjestelmän aiheuttama prosessi joko vahvistaa itseään tai heikentää tai rajoittaa itseään. Ensimmäisessä tapauksessa puhutaan positiivisesta palautteesta tai positiivisesta palautteesta , jälkimmäisessä tapauksessa negatiivisesta tai negatiivisesta palautteesta.

Teknisissä järjestelmissä pyritään usein rajoittamaan takaisinkytkentäprosesseja paitsi mukana olevien energianvarastointilaitteiden kapasiteetin avulla myös luomaan rakenne, joka estää ylikuormitukset passiivisen ja aktiivisen negatiivisen palautteen avulla. Nämä ovat usein ohjausprosesseja .

In nature , palaute voi esiintyä monimutkaisia rakenteita, joissa elementit reagoivat takaisin itsensä päälle käyttämällä muita, joskus kaukana järjestelmiä.

Vuonna psykologisesti määrätietoinen käytös, suunta palaute ei ole määritelty etukäteen. Esimerkiksi koulun oppimisjärjestelmässä huono arvosana voi motivaatiosta riippuen johtaa lisääntyneeseen ahkeruuteen (negatiivinen palaute) tai vastineeksi eroamiseen (positiivinen palaute tai vahvistava vaikutus).

Positiivista palautetta

On löysä lumi vyöry , lumi , joka on käynnistänyt vetää vielä lunta sen kanssa positiivista palautetta prosessi, joka puolestaan aiheuttaa ilmiön turvota edelleen

Positiivisen palautteen ansiosta lähtömuuttujan paluu oikealla merkillä tai vaiheella tulee vuorovaikutukseen järjestelmän vahvistavien elementtien kanssa. Tämä voi olla hyödyllistä esimerkiksi kitkahäviöiden kompensoimiseksi, mutta se voi myös aiheuttaa riskin, koska muuttujat voivat kasvaa vaarallisesti niin kauan kuin energiaa käytetään tähän tarkoitukseen, ja jos ei, muita muuttujia, joilla on vaimennusta prosessi, voi olla tehokas, tuhoutua. Tässä prosessia rajoittaa vain (energia) resurssien rajoittaminen .

Teknisissä järjestelmissä puhutaan vaimentamattomasta jaksollisesta värähtelystä resonanssissa tai aperiodisesta värähtelystä . Sen mukaan, voiko järjestelmässä esiintyä lumivyöryn kaltainen turpoaminen, erotetaan toisistaan ​​alikriittinen, kriittinen tai ylikriittinen positiivinen palaute.

Positiivinen palaute voidaan usein löytyy kasvun prosesseissa . Ei-teknisissä järjestelmissä puhutaan myös virtuoosipiiristä tai, jos tulosta sellaisenaan ei haluta, myös noidankehästä tai noidankehästä .

Esimerkkejä: velkaloukku , ketjureaktio , automaattinen katalyysi , akustinen palaute , pörssiromahdus , elektroniset piirit, kuten B. Schmitt laukaisee tai oskillaattorit ( Meißner piiri toteuttamiseksi kiristämättömän värähtelypiiri), Benjamin Franklin vaikutus sosiaalipsykologiassa

Negatiivinen palaute

Esimerkki negatiivisesta palautteesta:
lämmitin ja PTC -termistori

Negatiivisella palautteella lähtösignaali syötetään takaisin negatiivisella merkillä tai napaisuudella antifaasissa. Tämä negatiivinen palaute torjuu ulkoista stimulaatiota ja johtaa tilan muutokseen. Tällaisilla järjestelmillä on joko vahva taipumus ottaa vakaa asema tai heiketä enemmän tai vähemmän värähtelykäyttäytymistä vakaan keskiarvon ympärillä.

Negatiivinen palaute on perusperiaate kaikessa elävässä luonnossa ja se on yleistä teknisissä järjestelmissä. Erityisesti ohjaustekniikan tarkoituksena on asettaa negatiivinen palaute siten, että järjestelmän vakaa toiminta saavutetaan. Tätä tarkoitusta varten teknisissä järjestelmissä käytetään automaattisia ohjaimia.

Ei -toivottu taipumus värähtelyyn ohjaussilmukassa voidaan välttää esimerkiksi muuttamalla negatiivisen takaisinkytkennän mittoja vähentämällä vahvistusta taajuuden kasvaessa .

Luonnollisille järjestelmille on ominaista takaisinkytkentäsilmukat, joilla on itsesäätyvät ominaisuudet. Organismien biologisissa järjestelmissä tämä periaate on ratkaiseva homeostaasin kannalta . Negatiivisella kytkennällä on merkitys kaikissa ( itse ) kunnossapitoprosesseissa.

Itseherätys (eli värähtelyjen alku) syntyy, kun ensin tulee positiivinen ja sitten viiveen jälkeen negatiivinen kytkin. Järjestelmän parametrit värähtelevät sitten rauhallisen ja tyypillisen maksimiarvon välillä. Tämä tapaus voi ilmetä erityisesti elektronisissa ohjaussilmukoissa korkeilla taajuuksilla, kun negatiivisen takaisinkytkennän vaiheehtoa ei enää anneta luotettavasti kaikkien komponenttien satunnaisten vaihesiirtojen vuoksi.

Esimerkkejä: keskipako kuvernööri , täyttämällä ämpäri, jossa on reikä lattiaan, itsesäätelevä prosesseja ekosysteemiin , negatiivista palautetta ohjaimet ja vahvistimet , altistuminen hyödyllisille hyönteisille , kolmen vaiheen moottorit , kattiloissa termostaatit , jääkaappi , kehon lämmön säätely nisäkkäissä , hinnanmuodostus kysynnän ja tarjonnan kautta

Esimerkkejä vaihtelevasta värähtelykäyttäytymisestä: saalistaja-saalis-suhde , kortisonin erityksen rytmi , vuorokausivaiheen biologiset rytmit , kuukautiskierto , suhdannesyklit , säätelijöiden ohjausvärähtelyt (epävakaus) , vahvistimien itseherätys (sopimattoman negatiivisen palautteen vuoksi, riittämätön suojaus tulojen välillä) ja teho tai sopimattomat kuormat)

Vakaus, siirtofunktion negatiivisen palauteyhtälöt, numeerisuus

Negatiivista palautetta sisältävän järjestelmän laskeminen vaatii lineaarisen dynaamisen järjestelmän, jolla on aikakäyttäytymistä ja jolla on signaalitulo ja signaalilähtö. Riippumaton muuttuja on aika.

Ohjaussilmukan ohjattu muuttuja osoittaa täysin erilaista käyttäytymistä, kun negatiivinen palautepolku osoittaa vahvistavia, erottavia tai integroivia (viivästyttäviä) ominaisuuksia. Kaikkien dynaamisten osajärjestelmien matemaattiset suhteet esitetään lineaarisina siirtojärjestelminä G (s).

Jos dynaamisen järjestelmän ulostulo, joka koostuu vähintään kolmesta osaviivejärjestelmästä sekä aikavakioista ja vahvistuksesta , syötetään takaisin suoraan järjestelmän signaalituloon negatiivisella merkillä (negatiivinen palaute), negatiivinen palaute käännetään positiiviseksi palautteeksi mille tahansa referenssimuuttujalle ja jatkuvia värähtelyjä amplitudien kasvaessa.

Ohjaussilmukan yleinen siirtotoiminto johtuu reittien ja .

Negatiivinen kytkentä osajärjestelmän takaisinkytkentähaarassa

Lähtömuuttujan käyttäytyminen järjestelmän polussa riippuu siitä, annetaanko polulle vahvistavia, hidastavia tai erottavia toimintoja.

  • Negatiivisen takaisinkytkennän viivästysjärjestelmät (esim. Säädettävän muuttujan mittauslaite) saavat hallitun muuttujan viivästymään kertymisestä tai vaimentamaan ylityksiä.
  • Negatiivisen takaisinkytkennän eriyttämisjärjestelmät vaikuttavat haaran viivästyskomponenttien kompensointiin tai tiettyjen ylitysten vähenemiseen.
  • Negatiivisen palautteen vahvistuskerroin pienentää hallittua muuttujaa .
Ympyrän rakenne. Png
Suljetun silmukan siirtofunktio, jossa on osajärjestelmiä palautteessa, on:

Tämä yhtälö osoittaa, että napa-nolla-kompensointia järjestelmän kompensointina ei voida käyttää eteenpäin suuntaavan polun negatiivisen takaisinkytkennän polulla.

Negatiivinen kytkentä ilman osajärjestelmää palautepolulla

Yksinkertainen ohjaussilmukka palautteella

Jos kyseessä on siirtojärjestelmä (ohjaussilmukka), joka ei sisällä staattista tai dynaamista osajärjestelmää negatiivisen takaisinkytkennän haarassa, järjestelmä johtaa tulokseen .

Suljetun silmukan siirtofunktio ilman alajärjestelmiä negatiivisessa palautteessa on:

Matemaattiset menetelmät ohjaussilmukan laskemiseksi

Yksinkertaisin tapa laskea ohjaussilmukka on simuloida leikkauksen ohjaussilmukan yksittäisiä osittaisia ​​siirtofunktioita ja ohjauspoikkeaman sulkeutumistilaa .

Tavalliset lineaariset differentiaaliyhtälöt, esim. B. ensimmäisen asteen dynaaminen järjestelmä, kuten:

voidaan muuntaa eroyhtälöksi suhteellisen helposti käyttämällä eromenetelmää. Tämä johtuu siitä, että differentiaaliyhtälön differentiaaliosamerkit vaihdetaan suoraan eroosamuotojen eri muotoihin.

Eroyhtälö on numeerisesti ratkaistavissa oleva rekursiivinen laskentasääntö erikseen määritellylle numeroitujen peräkkäisten elementtien tai tukipisteiden sarjalle enimmäkseen vakiovälillä .

Katso ohjaustekniikka # Matemaattiset menetelmät ohjaussilmukan kuvaamiseksi ja laskemiseksi
Katso eroyhtälö (eromenetelmä)
Katso dynaamisen siirtojärjestelmän ohjaussilmukan # simulointimalli

Seuraavat menetelmät dynaamisten järjestelmien vakauden määrittämiseksi taajuuskäyttäytymisen kautta on tarkoitettu ymmärrettäväksi, mutta ne eivät anna mitään tietoja ohjaussilmukoiden dynamiikasta:

Palaute kytkinohjattuihin järjestelmiin

Erilaisia ​​vaikutuksia saavutetaan varustamalla päällekkäin, jatkuvasti toimivia palautteita.

  • Lisää tärinätaajuutta,
  • Minimoi ohjauspoikkeama,
  • Määritä kuollut vyöhyke ja hystereesi.
Katso ohjaimen # epäjatkuva ohjain

Merkitys eri aloilla

Feedback.png

Sähköpiiritekniikka

Vuonna 1912 Siegmund Strauss (* 1875, † 1942) patentoi Lieben -putkella varustetun takaisinkytkentäpiirin . Vuonna 1913 Alexander Meißner (* 1883 Wienissä, † 1958 Berliini) Telefunkenissa Berliinissä ja Edwin Howard Armstrong (* 1890, † 1954) New Yorkissa kehittivät lähetin- ja vastaanotinpiirin järjestelmän käyttäen putkivahvistinta palautteella. Vuonna 1914 Lee De Forest (* 1873, † 1961) patentoi palautepiirinsä. De Forest oli viimeinen patentoija, mutta luultavasti ensimmäinen, joka havaitsi palautteen laboratoriossa.

Vuonna 1927 puhelininsinööri Harold Stephen Black havaitsi , että signaalivahvistimen laatua voidaan parantaa merkittävästi vähentämällä osa lähtösignaalista tulosignaalista, mikä on pohjimmiltaan negatiivinen palaute.

Muita sähköteknisiä esimerkkejä:

Äänitekniikka

On hyvä suunnittelu tai sähköakustiikka, palaute (kytkemällä tai ”kytkemiseksi” tai ”palautetta” lyhyen) on yleensä ei-toivottu itseherätykseen on äänen anturi - vahvistin - kaiuttimen, joka on koetaan epämiellyttävänä vinkuminen . Se syntyy pääasiassa vahvistimen ja mikrofonien syöttämien kaiuttimien välillä . Tämä voi vaikuttaa myös muihin sähköakustisiin äänenpoimintoihin, kuten sähkökitaroihin tai levysoittimiin. Palaute voi kehittyä, kun kaiutin toistaa signaalin mikrofonista ja samalla mikrofoni ottaa tämän signaalin uudelleen, jos se on liian lähellä kaiutinta, kuten tyypillisesti kuulokojeiden tapauksessa . Signaali vahvistetaan uudelleen, toistetaan kaiuttimen kautta ja luodaan sähköakustinen silmukka, joka roikkuu itsensä jännittämiseen saakka. Itsesäteilyn taajuus riippuu taajuusselektiivisistä ominaisuuksista ja siirtotien vaihesiirrosta (ilmareitti, taajuuskorjain, kaiutin, mikrofonin ominaisuudet, heijastavat huoneen seinät).

Äärimmäisessä palautteen tapauksessa kaiuttimet voivat tuhota kuuntelijan lisäksi myös kaiuttimet ja erityisesti diskanttikaiuttimet voivat vaurioitua. Bassokaiutin ja subwoofer eivät ole yhtä herkkiä palautteelle, ja ne kestävät myös voimakkaampaa palautetta kuin diskanttikaiuttimet. Kaiutinlaatikoiden ristikytkimet voivat vaurioitua.

Seuraavat toimenpiteet voivat auttaa välttämään kytkemistä vaiheen käytön aikana:

  • Taajuuskorjain , jolla PA -järjestelmää "vihelletään" äänitarkistuksen aikana. Tämä luo tarkoituksellisesti palautetta, jonka koulutettu teknikko voi käyttää taajuuskorjaimella minimoidakseen tai eliminoidakseen korvan kautta alentamalla kytkentätaajuuksia.
  • Niin kutsutut palautteen tuhoajat (palautteenvaimentimet) tunnistavat ja tukahduttavat automaattisesti kertyvän palautteen. Ongelma tässä: Et voi tehdä eroa ei -toivotun ja halutun palautteen välillä ja estää molemmat tasapuolisesti.
  • Mikrofonit ja kaiuttimet voidaan asettaa niin, että niiden välillä on vain vähän suoraa ääntä.
  • Sopivien suuntaominaisuuksien omaavien mikrofonien käyttö ("kardioidi")
  • Erityinen järjestely ja useiden mikrofonien liittäminen voi poistaa ympäristön melun ja siten vähentää palautteen riskiä (katso esimerkiksi Grateful Dead );
  • Mikrofonien hylkääminen tärinäantureiden tai sähkölaitteiden avulla.
  • Jos mikrofoni on lähellä äänilähdettä, hyödyllisen signaalin taso kasvaa, mutta ei kaiuttimen äänen.
  • Kanssa Optogates , käyttämätön mikrofoneja voidaan kytkeä pois päältä automaattisesti.

Kytkentä tapahtuu usein nopeammin, kun auditorio on tyhjä kuin silloin, kun se on täynnä, koska yleisö vaimentaa ääntä ja sen heijastusta huoneessa.

Palautetta tarkoituksellisesti käytetään eri modernin musiikin tyylejä, mutta ennen kaikkea rockmusiikkia , varsinkin raskasmetalli , kuten äänisuunnittelu äänen käsittelyä.

On myös muutamia DJ: itä, jotka ottavat palautetta esitykseensä. Tätä varten sekoittimen kuulokeliitännän signaali syötetään tuloon. Käyttämällä erittäin huolellisesti erilaisia ​​säätimiä (ylä-, keski- ja alamäet jne.) Voi syntyä ääniä, jotka vaihtelevat vääristyneestä viheltykseen rytmisiin lyönteihin ja muihin vaihteluihin. Jokainen sekoitin reagoi eri tavalla tähän käsittelyyn. Pienistäkin muutoksista säätimiin voi tulla äkillisesti muuttuvia ääniä, jotka, jos niitä käsitellään huolimattomasti, kuten edellä mainittiin, voivat tuhota kaiuttimet.

Tietotekniikassa

Tietotekniikassa palautteen avulla voidaan antaa käyttäjälle tietoa sovelluksen nykyisestä tilasta. Tämä voidaan tehdä optisilla keinoilla, esimerkiksi korostamalla yksityiskohtia graafisessa käyttöliittymässä . Tai akustisia signaaleja käytetään toistamalla ääni kaiuttimen kautta. Joillakin syöttölaitteilla on mahdollisuus antaa käyttäjälle palautetta mekaanisesti. Tätä voimapalautetta käytetään muun muassa tekemään simulaatiosta realistisempi vaikutelma .

Joidenkin tietokonepelien laitteisto pystyy antamaan pelaajalle palautetta pelin tapahtumista mekaanisesti. Tätä käytetään usein suorana reaktiona pelaajan toimiin. Esimerkki tästä on ohjauspyörän tärinä.

Suljettua ohjaussilmukkaa, jossa käyttäjä on järjestelmälohko, käytetään käyttäjässä silmukkaprosessissa esim. B. saavuttaa kysynnän sääntely matkaviestinnässä tai älyverkoissa .

Järjestelmän maa- ja ilmastotutkimus

Vuonna klimatologian monet uusiutumista havaitaan. Esimerkiksi jään albedopalautteen (positiivinen palaute) tapauksessa jäätyminen heijastaa enemmän auringonvaloa, joten se muuttuu kylmemmäksi. Tämä tarkoittaa, että suuret alueet voivat jäätä ja se tulee vielä kylmemmäksi. Prosessi toimii myös toisinpäin.

Muita palautteita ovat pilvi-vesihöyryliitännät (" Ylemmän troposfäärin vesihöyryvaikutus on vahvin tunnettu palauteprosessi.") Tai valtamerien hiilidioksidin absorptiokyky. Monia näistä prosesseista ei ole vielä tutkittu tarpeeksi tarkasti, ja ne vaikeuttavat tarkkaa ilmaston ennustamista ilmamallien avulla . Sääkerroksen yläosan kosteus on noussut keskimäärin noin kymmenen prosenttia viimeisten 35 vuoden aikana .

Lääketiede ja biologia

In biologian ja lääketieteen, negatiivista palautetta ylläpitää homeostaasiin ( tasapainotilaa sallituissa rajoissa), joka on järjestelmän . Tällaiset sääntelyprosessit suoritetaan z. B. lämminveristen eläinten kehon lämpötilan ylläpitämisessä tai geeniaktiivisuuden säätelyssä.

Sitä vastoin biopalaute tarkoittaa, että z. B. signaaliääni tai lamppu, jonka arvo, joka ylittää mitatun muuttujan (esim. Ihon lämpötila, lihasjännitys / sävy tai ennalta valitun taajuuden EEG -aallon amplitudi), raportoidaan tutkittavalle henkilölle, jota muuten ei voida havaita tai jota ei voida havaita riittävästi . Se on tehty konkreettiseksi tällä tavalla ja voi. B. palvelevat itsehillinnän oppimista.

Ihmiskeho on monimutkainen järjestelmä, jota ohjaa ja ohjaa erittäin tehokas takaisinkytkentäjärjestelmä - keskushermosto . Tämänhetkiset aistivaikutelmat yhdistetään aina asianmukaiseen tietoon (kokemuksiin) muistista, jotta yksilö voi saada sopivan ennusteen tulevaisuudesta ehdotuksena nykyisestä tilanteesta. Näin voit reagoida asianmukaisesti kaikkiin tilanteisiin välittömästi. Aivojen ehdotus on aina mukautettu nykyiseen tilanteeseen. Esimerkiksi kävellessäsi / juoksuessasi aivot ohjaavat polun luonteesta saatujen visuaalisten tietojen perusteella, kuinka jalka on laskettava alas. Palautejärjestelmä voi mm. B. huumeet häiritsevät sinua (alkoholin käyttö); sitten jyrähdät tai kaatut.

psykologia

  • Yleisessä psykologiassa palautetta kutsutaan tiedostamattomaksi havaitsemiseksi omasta ilmaisukäyttäytymisestään (asento, eleet, ilme) ja niiden vaikutuksesta omaan hyvinvointiin. Strack et ai. (1988) kuvaavat, että sarjakuvien subjektiivisesti havaitun vitsin arviointi on parempi, jos koehenkilöt aktivoivat ilolle tyypillisiä kasvolihaksia.
  • Psykologian / viestinnän teoriaa , Paul Watzlawick osoitettu palautemenettelyyn kuvaamalla viestintä sykliä, joilla ei ole alkua eikä loppua, joka on , voidaan mielivaltaisesti " rytmittävät ". Hän puhuu "symmetrisestä eskaloitumisesta " tai " täydentävyydestä ". Tarkoitetaan kommunikaatiokumppaneiden käyttäytymisilmaisujen keskinäistä vuorovaikutusta, jotka yhdessä tapauksessa kilpailevat samasta asemasta, toisessa tapauksessa vahvistavat toisiaan tai pitävät kiinni toisiaan täydentävissä rooleissa.
  • Walter Milowiz edustaa samanlainen käsite on systeemiteoria , jonka hän ensisijaisesti koskee systeemistä sosiaalityötä . Tässä palautesilmukat ja ihmisten ja ympäristön välisen vuorovaikutuksen kiihtyvä kehitys nähdään kuvauksena sosiaalisista ongelmatilanteista.

Katso myös

kirjallisuus

  • Siegfried Wirsum: Käytännöllinen äänenvahvistustekniikka, laitekonseptit, asennus, optimointi. 1. painos. Franzis-Verlag, München 1991, ISBN 3-7723-5862-4 .
  • Helmut Röder, Heinz Ruckriegel, Heinz Häberle: Elektroniikka 3. osa, viestintäelektroniikka. 5. painos. Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal 1980, ISBN 3-8085-3225-4 .
  • Gustav Büscher, A. Wiegemann: Pieni elektroakustiikan ABC. 6. painos. Franzis Verlag, München 1972, ISBN 3-7723-0296-3 .
  • R. Beckmann: Käsikirja PA -tekniikasta, peruskomponenttikäytäntö. 2. painos. Elektor-Verlag, Aachen 1990, ISBN 3-921608-66-X .
  • I. Jöns, W. Bungard (toim.): Palautevälineet yrityksessä - perusteet, suunnitteluvinkit, kokemusraportit . Gabler, Wiesbaden 2005, ISBN 3-409-12738-0 .
  • Frank Pieper: PA -käsikirja: Käytännön esittely ammattimaiseen äänenvahvistustekniikkaan. 4. painos. GC Carstensen Verlag, München 2011, ISBN 978-3-910098-42-8 .
  • Frederic Vester : Verkostoituneen ajattelun taito. 8. painos. dtv, München 2011, ISBN 978-3-423-33077-0 .
  • Jürgen Beetz : Palaute: Kuinka palaute vaikuttaa elämäämme ja hallitsee luontoa, teknologiaa, yhteiskuntaa ja taloutta . Springer Spectrum, Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-47089-3 .

Yksilöllisiä todisteita

  1. Manfred Reuter, Serge Zacher: Ohjaustekniikka insinööreille: Ohjaussilmukoiden analyysi, simulointi ja suunnittelu. 12. painos. Vieweg + Teubner, 2008, ISBN 978-3-8348-0018-3 . Luku: "Siirtotoimintojen ohjaussilmukoiden kuvaus", katso palautepiiri.
  2. RADIO CORPORATION of AMERICA et ai. v. RADIO ENGINEERING LABORATORIES, Inc. ( englanti ) law.cornell.edu. 21. toukokuuta 1934. Haettu 14. lokakuuta 2019.
  3. Brian Soden. Julkaisussa: Volker Mrasek : deutschlandfunk.de: Vesihöyryn lisääntyminen ilmakehässä . Deutschlandfunk , Research News, 29. heinäkuuta 2014
  4. Volker Mrasek: deutschlandfunk.de: Vesihöyryn lisääntyminen ilmakehässä . Deutschlandfunk , Research News, 29. heinäkuuta 2014