Обр а тна зв'язок, зворотний вплив результатів процесу на його перебіг або керованого процесу на керуючий орган. О. с. характеризує системи регулювання і управління в живій природі, суспільстві і техніці. Розрізняють позитивну і негативну О. с. Якщо результати процесу підсилюють його, то О. с. є позитивною. Коли результати процесу ослабляють його дію, то має місце негативна О. с. Негативна О. с. стабілізує перебіг процесів. Позитивна О. с., Навпаки, зазвичай призводить до прискореного розвитку процесів і до коливальних процесів, В складних системах (наприклад, в соціальних, біологічних) визначення типів О. с. важко, а іноді й неможливо. О. с. класифікують також відповідно до природи тіл і середовищ, за допомогою яких вони здійснюються: механічна (наприклад, негативна О. с., здійснювана відцентровим регулятором Уатта в паровій машині); оптична (наприклад, позитивна О. с., здійснювана оптичним резонатором в лазері ); електрична і т.д. Іноді О. с. в складних системах розглядають як передачу інформації про протікання процесу, на основі якої виробляється та чи інша дія, що управляє. В цьому випадку О. с. називають інформаційною. Поняття О. с. як форми взаємодії грає важливу роль в аналізі функціонування і розвитку складних систем управління в живій природі і суспільстві, в розкритті структури матеріальної єдності світу.
Л. І. Фрейдин.
Зворотній зв'язок в системах автоматичного регулювання та керування, зв'язок в напрямку від виходу до входу розглянутого ділянки основного ланцюга впливів (передачі інформації). Цією ділянкою може бути як керований об'єкт, так і будь-яка ланка автоматичної системи (або сукупність ланок). Основна ланцюг дій - умовно виділяється ланцюг проходження сигналів від входу до виходу автоматичної системи. О. с. утворює шлях передачі впливів на додаток до основного ланцюга впливів або якого-небудь її ділянці.
Завдяки О. с. результати функціонування автоматичні системи впливають на вхід цієї ж системи або, відповідно, її частини, впливають на характер їх функціонування і математичний опис руху. Такі системи з замкнутим ланцюгом впливів - замкнуті системи управління - характеризуються тим, що для них вхідними є як зовнішні, так і контрольні впливу, т. Е. Що йдуть від керованого об'єкта на керуючий пристрій.
Ланцюг (канал) О. с. може містити одне або кілька ланок, що здійснюють перетворення вихідного сигналу основного ланцюга впливів по заданому алгоритму . Приклад ланцюга О. с. - керуючий пристрій (наприклад, автоматичний регулятор), яка отримує в якості вхідної величини вихідна (дійсне) вплив керованого об'єкта і порівнює його з запропонованим (відповідно до алгоритму функціонування) значенням. В результаті цього порівняння формується вплив керуючого пристрою на керований об'єкт (див. регулювання автоматичне ). Т. о., Об'єкт управління охоплюється ланцюгом О. с. у вигляді керуючого пристрою, ланцюг впливу замикається; така О. с. називається зазвичай головною.
О. с. є фундаментальним поняттям кібернетики , Особливо теорії управління і теорії інформації; О. с. дозволяє контролювати і враховувати дійсний стан керованої системи (т. е., в кінцевому рахунку, результати роботи керуючої системи) і вносити відповідні коригування в її алгоритм управління. У технічних системах контрольна інформація про роботу керованого об'єкту поступає по ланцюгу О. с. до оператора або автоматичного пристрою, що управляє.
Негативна О. с. широко використовується в замкнутих автоматичних системах з метою підвищення стійкості (стабілізації), поліпшення перехідних процесів, зниження чутливості і т.п. (Під чутливістю розуміється відношення нескінченно малої зміни вихідного впливу до викликав його нескінченно малому вхідному впливу). Позитивна О. с. підсилює вихідний вплив ланки (або системи), призводить до підвищення чутливості і, як правило, до зниження стійкості (часто до незатухающим і розходяться коливань), погіршення перехідних процесів і динамічних властивостей і т.п.
По виду перетворення впливу в ланцюзі О. с. розрізняють жорстку (статичну), що диференціює (гнучку, пружну) і інтегруючу О. с. Жорстка О. с. містить тільки пропорційні ланки і її вихідний вплив пропорційно вхідному (як у статиці, так і в динаміці - в певному діапазоні частот коливань). Диференціюючі зв'язку містять диференціюються ланки (прості, ізодромного) і можуть бути астатичними (зникаючими з часом) або з статизмом. Зв'язки без статизму проявляються тільки в динаміці, так як в їх математичної моделі не бере вхідний вплив, а фігурують лише його похідні, які прагнуть до нуля із закінченням перехідних процесів. До складу інтегрує О. с. входить інтегруюча ланка, що нагромаджує з часом надходять впливу.
Для систем з О. с. справедливі наступні закономірності. Пропорційне ланка при охопленні О. с. залишається пропорційним з новим коефіцієнтом передачі, збільшеним (проти вихідного) при позитивній і зменшеним при негативній О. с. Статична ланка першого порядку при обхваті жорсткою негативною О. с. залишається статичним першого порядку; змінюються постійна часу і коефіцієнт передачі. Інтегруюча ланка при охопленні жорсткої негативною О. с. перетворюється в статичний, а при охопленні ізодромною О. с. починає реагувати і на похідну (за часом) вхідної дії. Статична ланка першого порядку при охопленні ізодромною О. с. також реагує і на похідну (за часом) вхідної дії. При охопленні пропорційного ланки інтегрує негативною О. с. виходить інерційно-дифференцирующее ланка. Якщо при цьому вихідне пропорційне ланка має вельми великий коефіцієнт передачі (в порівнянні з коефіцієнтом передачі ізодромною О. с.), То утворюється ланка наближається по своїй характеристиці до диференціюються.
Літ .: Хеммонд П. Х., Теорія зворотного зв'язку і її застосування, пер. з англ., М., 1961; Вінер Н., Кібернетика, пров. з англ., М., 1958; його ж, Кібернетика і суспільство, пров. з англ., М., 1958; Теорія автоматичного управління, ч. 1-2, М., 1968-72; Основи автоматичного управління, 3 вид., М., 1974.
М. М. Майзель.
Зворотній зв'язок в радіоелектронних пристроях, дія сигналу з виходу пристрою на його вхід. Електричне коло, по якій сигнал з виходу пристрою подається на вхід, називається ланцюгом О. с. Найчастіше пристрій можна представити у вигляді еквівалентної електричної ланцюга, що має дві (вхідну і вихідну) пари затискачів, і характеризувати т. Н. передавальної функцією, або функцією передачі, яка визначається відношенням напруги або струму на вихідний пари затискачів до напруги або струму на вхідний пари затискачів. Функція передачі Fc пристрої з О. с. може бути визначена з формули:
де F0 - функція передачі пристрою без О. с .; b - функція ланцюга О. с .; bF0 - петлеве посилення; 1 - bF0 - глибина О. с.
Класифікація О. с. О. с. класифікують головним чином по виду функції передачі ланцюга О. с. і співвідношенню функцій передачі ланцюга О. с. і самого пристрою, за характером ланцюга О. с., за способом підключення ланцюга О. с. до входу і виходу пристрою.
Розрізняють лінійну і нелінійну О. с. в залежності від того, лінійна або нелінійна функція передачі ланцюга О. с. Якщо bF0 - дійсне число і> 0, О. с. є позитивною; якщо bF0 - дійсне число і <0, О. с. є негативною. При гармонійному вхідному коливанні характер і глибина О. с. можуть виявитися різними при різних частотах цього коливання. Таку О. с. називають частотно-залежною. Вона може бути позитивною при одній частоті, коли фази коливань, які подаються на вхід пристрою з виходу ланцюга О. с. і ззовні, збігаються (різниця фаз D j = 0 °), і негативною при ін. частоті, коли вони протилежні. При частоті, на якій D j не дорівнює 0 ° або 180 °, функція передачі ланцюга О. с. являє собою комплексне число ; така О. с. називають комплексною. При D j, що дорівнює 90 °, О. с. називають іноді (чисто) реактивною. Якщо ланцюг комплексної О. с. містить лінію затримки , Т. Е. Якщо D j приблизно пропорційна частоті коливань, О. с. називається запізнілої.
Якщо О. с. здійснюють підключенням до пристрою додаткових ланцюгів, то вона називається зовнішньою; якщо О. с. обумовлюється фізичними явищами в самих електронних приладах, використовуваних в пристрої, то вона називається внутрішньою. Якщо зовнішня ланцюг О. с. виникла ненавмисно. то О. с. називається паразитного.
За способом підключення ланцюгів О. с. до входу і виходу пристрою розрізняють послідовну і паралельну О. с., якщо вихід ланцюга О. с. підключений послідовно (рис. 1, а, б) або паралельно (рис. 1, б, г) джерела сигналу, і змішану (комбіновану) по входу, якщо підключення ланцюгів О. с. до джерела сигналу послідовно-паралельне. Розрізняють також О. с. по напрузі і по струму, якщо напруга або струм на вході ланцюга О. с. пропорційні відповідно напрузі на опорі навантаження (рис. 1, б, г) або струму в ньому (рис. 1, а, в), і О. с. змішану (комбіновану) по виходу, якщо підключення ланцюгів О. с. до навантажувальних (вихідного) опору послідовно-паралельне. О. с., При якій з виходу на вхід пристрою передаються лише перешкоди і спотворення сигналу, що виникають в пристрої, наз. балансної.
Властивості і застосування зворотного зв'язку. У пристрої з позитивною О. с. при петлевом посиленні ≥ 1 можуть виникнути автоколивання, що і використовують в різного роду генераторах електричних коливань. Позитивні О. с. з b F0 <1 застосовують для посилення деяких властивостей пристрою, наприклад для збільшення селективності і чутливості радіоприймача при регенеративної прийомі. Найважливішим властивістю негативною О. с. є те, що вона наближає функцію передачі пристрою до функції, зворотної функції передачі ланцюга О. с., і тим сильніше, чим більше глибина О. с. Тому її застосовують головним чином для стабілізації параметрів пристрою (наприклад, коефіцієнт посилення підсилювача електричних коливань) і зменшення виникають в ньому нелінійних спотворень (в 1 - b F0 раз). Крім функції передачі, О. с. змінює вхідну і вихідну реакції пристрою с О. с. Негативна паралельна (послідовна) О. с. по напрузі (струму) зменшує (збільшує) відповідно вхідний і вихідний опір пристрою с О. с. Позитивна О. с. поводиться протилежним чином. Комплексну частотно-залежну О. с. застосовують для створення т. зв. активних електричних фільтрів . Вона також дозволяє реалізувати в електричних і радіотехнічних пристроях елементи електричних ланцюгів, що не існують у вигляді фізичних приладів, наприклад елементи з негативною ємністю і з негативною індуктивністю, гираторов (перетворювач повного опору, наприклад ємнісного в індуктивне) на будь-яку робочу частоту і елементи з електрично керованими параметрами (наприклад, у вигляді реактивної лампи ). Іноді така О. с. використовується для нейтралізації небажаною внутрішньою О. с. в електронних приладах.
В одному пристрої нерідко застосовують одночасно кілька ланцюгів О. с. різного характеру. Як приклад можна привести ламповий підсилювач (рис. 2) з комплексної частотно-залежною паралельною О.с. по напрузі, що реалізовується взаємною індуктивністю (т. н. трансформаторна О. с.), і негативною послідовною О. с. по току, здійснюваної резистором. На частоті, рівній резонансній частоті коливального контуру, трансформаторна О. с. стає позитивною. Якщо її петлеве посилення <1 (з урахуванням дії негативною О. с), то весь пристрій працює як регенеративний підсилювач, в якому негативна О. с. стабілізує глибину покладе. О. с. і тим самим стабілізує коефіцієнт посилення і смугу пропускання підсилювача. Якщо ж петлеве посилення ≥ 1, то пристрій працює як генератор електричних коливань, в якому негативна О. с. обмежує струм через електронну лампу і покращує форму коливань на виході, наближаючи її до синусоїдальної.
Літ .: Брауде Г. В., Корекція телевізійних і імпульсних сигналів, Сб. ст., М., 1967; Цикин Г. С., Підсилювальні пристрої, 4 видавництва., М., 1971.
Л. І. Фрейдин.
Зворотній зв'язок в біології. Існування систем регулювання с О. с. простежується на всіх рівнях організації живого - від молекулярного до популяції і біоценотичного. Особливо значний внесок цього механізму в автоматичне підтримання сталості внутрішніх середовищ організму - гомеостазу , В діяльність генетичного апарату, ендокринної та нервової систем.
Уявлення про регулювання за принципом О. с. з'явилися в біології давно. Уже перша гіпотеза про рефлекторних реакціях (Р. Декарт , 17 ст., Й. Прохаська , 18 ст.) Містила передумови цього принципу. У більш чіткій формі ці уявлення були розвинені в роботах Ч. Белла , І. М. Сеченова і І. П. Павлова , А пізніше - в 30-40-х рр. 20 в. Н. А. Бернштейном і П. К. Анохіним . У найбільш повному і близькому до сучасного його розуміння вигляді принцип О. с. (Негативною) - як загальний принцип для всіх живих систем - був сформульований російським фізіологом Н. А. Бєловим (1912-24) під назвою «паралельно-перехресної взаємодії» і експериментально вивчений на ендокринних органах М. М. Завадовський , Який назвав його «плюс - мінус взаємодією». Бєлов показав, що негативна О. с. - загальний принцип, що забезпечує тенденцію до рівноваги в будь-яких (не лише живих) системах, але, як і Завадовський, вважав, що в живих системах неможливе існування позитивних О. с. Радянським ученим А. А. Малиновським було показано наявність в живих системах всіх типів О. с. і сформульовані відмінності їх пріспособітельского значення (1945-60). За кордоном О. с. в біології почали широко досліджувати після появи в 1948 книги Н. Вінера «Кібернетика». В СРСР в 50-60-х рр. 20 в. І. І. Шмальгаузен успішно застосував уявлення про О. с. в популяційної генетики.
У живих системах слід розрізняти О. с. типу взаємної стимуляції (позитивна О. с.) або придушення у відповідь на стимуляцію (негативна О. с.), піддаються хоча б наближеною колічественнной оцінці, і якісно складні О. с., коли, наприклад в онтогенезі , Один орган сприяє диференціювання іншого, а останній, на новому етапі, визначає якісно розвиток першого. Загальні принципи О. с. сформульовані в основному для відносин першого типу. Негативна О. с. забезпечує підтримку системи в стійкій рівновазі, тому що збільшення впливу керуючого органу на об'єкт (регульований орган, систему, процес) викликає протилежний вплив об'єкта на керуючий орган. Фізіологічний сенс негативною О. с. полягає в тому, що збільшення регульованої величини (наприклад, активності органу) понад якусь межу викликає понижуючий вплив з боку сполученої з нею підсистеми; різке зменшення регульованої величини обумовлює протилежний вплив. При позитивній О. с. інформація про збільшення регульованої величини викликає в пов'язаній з нею підсистемі реакцію, що забезпечує подальше збільшення цієї величини. У високоорганізованих тварин діяльність центральної нервової системи в нормі завжди включає як необхідна умова наявність О. с. Так, будь-яка дія тварини, наприклад гонитва за здобиччю, супроводжується імпульсами, які надходять від центральної нервової системи до м'язів (біг, схоплювання видобутку), і зворотними сигналами від органів чуття (зір, пропріорецептори і ін.), Що дозволяють враховувати результати зусиль і коректувати їх в зв'язку з ходом подій.
саморегуляція процесів життєдіяльності також обумовлена О. с. Так, підйом артеріального тиску вище норми сприймається спеціальними рецепторами (наприклад, барорецепторами каротидного синуса ), Які сигналізують про це в вазомоторні центри нервової системи. Це призводить до виникнення відцентрових імпульсів, що ведуть до зниження тиску (див. кровообіг ). Подібний процес - приклад негативною О. с., Найбільш часто спостерігається в стабільних живих системах. Більшість регуляторних систем тваринних і рослинних організмів працює за цим принципом. Позитивна О. с. переважають в період ембріонального розвитку.
Багато процесів в екології, наприклад регуляція динаміки популяцій, також засновані на позитивній і негативній О. с. Так, особливий випадок негативною О. с. є розглянута італійським математиком В. Вольтерра система хижак - жертва. Збільшення чисельності жертв сприяє посиленому розмноженню хижаків, а зростання чисельності останніх, навпаки, - зниження чисельності жертв. Хоча таким чином рівновага і підтримується в природі, по завдяки запізненням в розмноженні тварин воно набуває форму хвиль життя - широких коливань чисельності тварин навколо середнього рівня.
На молекулярному Рівні за принципом О. с. регулюється величезне число ферментативних реакцій, що одночасно протікають в живій клітині. Координація цієї складної взаємозалежної системи здійснюється шляхом зміни активності ферментів (негативну О. с. Здійснюють інгібітори, позитивну - стимулятори) або швидкості їх синтезу (О. с. Здійснюють ефектори; см. оперон ).
Комбінації позитивних і негативних О. с. обумовлюють альтернативну зміну фізіологічних станів (наприклад, сон - неспання). Вивчення кривої розвитку патологічних процесів неінфекційного характеру (трофічні виразки, гіпертонія, маніакально-депресивний психоз, епілепсія і т.д.) дозволяє, виходячи з результату, визначити найбільш ймовірний тип О. с., Що лежить в основі захворювання, і обмежити вивчення його етіології і патогенезу механізмами певній категорії. Живі об'єкти як найбільш досконалі саморегульовані системи багаті різними типами О. с .; вивчення останніх - вельми продуктивно для дослідження біологічних явищ і встановлення їх специфічності.
Літ .: Малиновський А. А., Типи керуючих біологічних систем і їх пристосувальне значення, в збірці: Проблеми кібернетики, № 4, М., 1961, с. 151-181; Регуляторні механізми клітини, пров. з англ., М., 1964; Петрушенко Л.А., Принцип зворотного зв'язку, М., 1967: Вінер Н., Кібернетика або управління і зв'язок в тварині і машині, пров. з англ., М., 1968; Шмальгаузен І. І., Кібернетичні питання біології, Новосибірськ, 1968.
А. А. Малиновський.
Мал. 1. Схеми підсилювачів з різними видами ланцюгів зворотного зв'язку: а - послідовна зворотний зв'язок по току; б - послідовна зворотний зв'язок по напрузі; в - паралельна зворотний зв'язок по току; г - паралельна зворотний зв'язок по напрузі. 1 - підсилювач електричних коливань; 2 - ланцюг зворотного зв'язку (стрілкою показано напрямок поширення сигналу по ланцюгу зворотного зв'язку від її вхідних затискачів до вихідних): Zіст - повний опір джерела сигналу Еіст; Zнагр - повне опір навантаження підсилювача.
Мал. 2. Ламповий підсилювач електричних коливань із зворотним зв'язком: U вх - напруга на вході підсилювача; Л - електронна лампа; R - резистор в ланцюзі катода лампи; L і С - відповідно індуктивність і ємність коливального контуру в ланцюзі анода лампи; М - взаємна індуктивність, що зв'язує ланцюзі анода і сітки лампи; U вих - напруга на виході підсилювача; E a - напруга анодного живлення.
