Обратная связь. Положительная и отрицательная обратная связь. Применение положительной и отрицательной обратной связи в технических системах.

Связь – совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами – это значит выявить наличие зависимостей их свойств.

Связи можно разделить по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций — от одного элемента к другому в направлении основного процесса. Обратные связи, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния системы в результате управляющего воздействия на нее. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей.

С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информацию о выполненной объектом управления работе, сравнивается с сигналом, определяющим содержание и объем работы (например, план). В случае обнаружения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы вырабатывается, предусмотренный требованиями к системе, корректирующий сигнал на объект управления.

Обратные связи, как видно из рассмотренного примера, занимают важное место в процессе функционирования систем любого назначения. Поэтому обратим особое внимание на их основные функции, каковыми являются:

- противодействие тому, что делает сама система, когда она выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества);

- компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, неполадки в работе оборудования);

- синтез внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из состояния устойчивого равновесия, сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд на одновременное появление нового конкурента и снижение качества выпускаемой продукции);

- выработка управляющих воздействий на объект управления по плохо формализуемому закону. Например, установление более высокой цены на энергоносители вызывает в деятельности различных организаций сложные изменения, меняют конечные результаты их функционирования, требуют внесения изменений в производственно-хозяйственный процесс путем воздействий, которые невозможно описать с помощью аналитических выражений.

***

Обратная связь – одно из фундаментальных понятий теории систем. Первоначально это понятие было исследовано в теории автоматического управления.

Обратную связь обычно иллюстрируют схемами, подобными приведённой на рис. 1.4, где x(t) – закон или алгоритм (программа) управления, х_треб – требуемое значение регулируемого параметра («уставка»), х_i – фактическое значение регулируемого параметра, Δх – рассогласование между х_треб и х_i.

Обратная связь — связь входа системы с ее выходом. Представляет собой процесс, приводящий к тому, что результат функционирования какой-либо системы влияет на параметры, от которых зависит функционирование этой системы.

Отрицательная ОС изменяет входной сигнал таким образом, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала. Это делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров. Пример: усилитель звуковых частот (прибор для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот).

Положительная ОС, наоборот, усиливает изменение выходного сигнала. ПОС ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время ПОС приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых (автоколебательных) систем, называемых генераторы (производители). Пример: Автогенератор вырабатывает электрические (электромагнитные) колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной энергии будет превосходить потери). При этом амплитуда начальных колебаний будет нарастать.

В технических системахконтрольная информация о работе управляемого объекта поступает по цепи ОС к оператору или автоматическому управляющему устройству.

Пример ООС 1: Черный ящик "Налоговая инспекция". Время сдачи отчета. Охранник осуществляет отрицательную обратную связь выходного параметра "количество посетителей внутри" с парметром "входящие посетители" открывая и закрывая дверь и ругаясь.

Пример ООС 2: В системе водоснабжения города постоянным параметром для регулирования с помощью ООС является давление. При повышенном водоразборе (утром, вечером) давление падает и при этом система автоматизции повышает производительность насосной станции. Когда водоразбор падет (ночь) - давление повышается и производительность насосов принудительно снижается.

Пример ПОС 1: Фонящий микрофон (микрофон установленный недалеко от колонок) сигнал колонок>микрофон>усилитель>сигнал колонок>микрофон.

Пример ПОС 2: Устранение "дребезга контактов" или "влияния шумов срабатывания". Система после срабатывания на некоторое время выключается, но сигнал срабатывания после предустановленной задержки взводит систему опять в рабочее состояние.

5. Качественные методы описания систем. Мозговая атака и метод экспертных оценок, метод сценариев и метод «Дельфи», метод дерева целей, морфологические методы.

Методы описания систем классифицируются в порядке возрастания формализованности - от качественных методов, с которыми в основном и связан был первоначально системный анализ, до количественного системного моделирования с применением ЭВМ. Качественные методы системного анализа применяются, когда отсутствуют описания закономерностей систем в виде аналитических зависимостей.

Методы типа мозговой атаки («мозговой штурм», «конференция идей», «коллективная генерация идей»)

Обычно при проведении мозговой атаки стараются выполнять определенные правила, суть которых:

· обеспечить как можно большую свободу мышления участников и высказывания ими новых идей;

· приветствуются любые идеи, если вначале они кажутся сомнительными или абсурдными (обсуждение и оценка идей производится позднее);

· не допускается критика, не объявляется ложной и не прекращается обсуждение ни одной идеи;

· желательно высказывать как можно больше идей, особенно нетривиальных.

Подобием сессий КГИ можно считать разного рода совещания, заседания научных советов по проблемам, заседания специально создаваемых временных комиссий и другие собрания компетентных специалистов.