+7(904)3314610

Обратная связь

moveinfo.ru

баннер статьи

Дата:

Обратные связи при внимательном изучении можно обнаружить практически во всех процессах. Незаметной на первый взгляд, но решительной хваткой они держат окружающий нас Мир и определяют будущее.

Обратная связь (англ. back coupling или feedback) воздействие результатов какого-либо процесса на его протекание. Понятие feedback ("обратное питание") — в широком смысле означает отзыв, отклик, ответную реакцию на действие или событие. Обратные связи (ОС) можно классифицировать, как сильные и слабые, положительные и отрицательные, линейные и нелинейные, жёсткие и гибкие. Существует классификация по смещению фазы (или задержке) обратной связи относительно входного в систему сигнала. Существуют смешанные виды обратных связей. Обратные связи в технических системах и устройствах обычно классифицируются достаточно просто. В естественных, природных процессах обратные связи обычно имеют очень разветвлённую собственную структуру, поэтому их намного сложнее различить и классифицировать.

Особым случаем проявления обратной связи является рекурсия. Рекурсия понятие очень ёмкое, к нему относится самоподобное повторение некоторого объекта. В науке и технике рекурсию можно встретить в виде фракталов, рекурсивных алгоритмов, рядов и пр. В природе рекурсия проявляется: в наследовании генетических черт; в строении атома, планетарных систем, галактик; и пр.

В рассмотренных далее упрощенных определениях и примерах под словом сигнал понимается не только поток энергии несущий некоторую информацию, но и различные процессы в более широком смысле

На сильные и слабые ОС можно разделить в зависимости от степени их воздействия на вход и, в конечном счете, на выход системы.

К положительным обратным связям (ПОС) относят такие ОС, которые приводят систему в состояние самоусиления сигнала, отрицательные обратные связи (ООС) вызывают самоослабление сигнала.

Линейные и нелинейные обратные связи различаются по соответствующему функциональному характеру ОС. Когда линейное изменение входного сигнала в систему с ОС приводит к линейному изменению выходного сигнала ОС – такую ОС можно назвать линейной, если линейноё изменение входного сигнала в систему с ОС приводит к нелинейному изменению выходного сигнала ОС, то ОС – нелинейная, соответственно.

Жёсткая ОС – это такая ОС, при которой на вход системы поступает сигнал, пропорциональный выходному сигналу, в любой момент времени. Гибкая ОС – это такая ОС, при которой на вход системы поступает не только сигнал, пропорциональный выходному сигналу системы, но и сигнал пропорциональный, производным выходного сигнала.

Обратная связь в технике

В технике обратная связь означает, что выходной сигнал некоторой системы возвращается обратно на её вход. При этом отрицательной называют обратную связь, когда часть выходного сигнала вычитается из входного сигнала. Положительная обратная связь наблюдается в случае сложения части выходного сигнала с входным.

Очень часто обратную связь применяют в электротехнике. Хорошим примером является операционный усилитель (ОУ) с обратной связью. На вход ОУ подаётся сигнал, часть сигнала, возникающего на выходе (как ответная реакция на входной сигнал), возвращается опять на вход. Управляя обратной связью, можно значительно изменять функциональную способность устройства преобразовывать сигнал. На базе таких усилителей с ОС можно строить фильтры (Бесселя, Баттерворта, Чебышева), в зависимости от особенностей обратной связи будут изменяться характеристики фильтров.

Многие современные транспортные средства оборудованы антиблокировочной системой (АБС), препятствующей юзу колёс по дорожному полотну или рельсам. Принцип действия АБС базируется на использовании обратной связи. При торможении специальные датчики определяют, что колесо близко к переходу на движение юзом, система торможения принимает сигнал от датчиков и снижает тормозное усилие, предотвращая блокировку колеса.

Обратные связи нашли значительное использование в теории и практике автоматического управления. В системах управления практически всеми робототехническими устройствами используются обратные связи, позволяющие контролировать и корректировать процесс управления.

Обратная связь в природе

Обратные связи в природе и есть самые основные законы. Еще гениальный Ньютон заметил, что сила действия равна силе противодействия, это проявление обратной связи в полную силу (full out). Говоря другими словами, в природе на каждую силу есть другая сила, не меньше первой. Этот закон можно отнести к любой области, он определяет динамику и постоянство мира. Динамика проявляется в постоянном движении, а постоянство в устойчивости. Лесной пожар, охвативший большие просторы, закрывает всё небо дымом, мелкодисперсные частицы поднимаются в воздух и вызывают конденсацию молекул воды в капли, идёт дождь и тушит пожар (пример ООС). Солнечное излучение, падая на океан, разогревает воздух и верхние слои воды, происходит испарение, пары лучше поглощают солнечное тепло, воздух разогревается ещё сильнее, конвекционные потоки усиливаются, возникают циклоны, торнадо и пр. (пример ПОС).

Обратная связь в биологии

Обратные связи в биологии проявляются на самых различных уровнях биологических систем и их организации, поэтому есть смысл их рассмотреть отдельно от обратных связей в природе. При рассмотрении во времени, как единой системы, процесса изменения наследственных черт в популяциях организмов, превышающего продолжительность жизни одного поколения, обратную связь образуют выжившие и давшее потомство особи. Таким образом, получается система, на вход которой подаётся генетический материал, в результате изменчивости образуется новый генетический материал, часть из которого будет унаследована следующими поколениями, т.е. опять попадёт на вход системы.

Законы эволюции очень интересны, а механизмы чрезвычайно сложны, они включают в себя и обусловлены протекающей во времени всею совокупностью взаимодействия живых организмов в условиях окружающей среды. Если рекурсивно рассматривать биологические системы, спускаясь с макро уровня, то можно заметить проявление сходных законов в различных масштабах, в этом так же проявляются рекуррентные обратные связи.

Проявление обратных связей в повседневной жизни популяций и отдельных организмов является обычным делом. В естественных условиях популяции хищников и их жертв регулируются с помощью обратных связей. Естественное для природы биоразнообразие в условиях ландшафта обеспечивает круговорот питательных веществ (по В. И. Вернадскому биогеохимический цикл, при этом движущей силой является Солнечная энергия) с сохранением условий среды пригодной для обитания видового разнообразия. Равновесие может быть нарушено значительным доминированием некоторого вида, что в свою очередь приводит к нарушению естественного круговорота питательных веществ в биогеохимическом цикле. Природа решает этот вопрос с помощью обратных связей, т.е. процессов, вызванных самим доминирующим видом. Увеличение числа хищников, пожары или наводнения, которые будут уничтожать доминирующий вид, возвращая естественное разнообразие необходимое для поддержания баланса обеспечивающего жизнь, является ОС, нацеленными на саморегулирование экологического пространства. Например, многолетнее засевание поля одной культурой приводит к истощению почвы. Увеличение числа насекомых способствует увеличению числа птиц, питающихся насекомыми. Один из способов осуществления в организмах регуляции эндокринной системы (эндокринного контроля) рассматривается как последовательность регуляторных эффектов, в которой результат действия гормона прямо или косвенно влияет на элемент, определяющий содержание доступного гормона (ПОС). В эндокринной регуляции реже встречается ООС. В данных примерах мы наблюдаем отрицательные обратные связи, в которых проявляется основной механизм саморегуляции в природе.

Работают в природе и положительные обратные связи, например, растение, эффективно пробивающееся к свету, может активнее фотосинтезировать биомассу для дальнейшего роста. У животных и человека при росте и обучении проявляются ПОС, способствующие более эффективному использованию полученных ранее знаний.

Обратные связи в социуме

Как уже было сказано ранее, обратные связи позволяют не только контролировать процесс управления, но и динамично корректировать его. Все жизнеспособные системы управления, на всех уровнях социальной лестницы имеют обратные связи. Банкиры дают деньги в рост, тем самым, стимулируя инфляцию и кризис перепроизводства. Чиновники, принимая закон, оценивают его эффективность, действие на социум и при необходимости вносят поправки. Маркетологи, используя технологии продаж, оценивают их эффективность, в зависимости от результатов оценки вносят изменения. Родители, не воспитавшие в своём чаде уважения и внимания к старикам, на вряд ли могут рассчитывать на заботу в старости. В жизни режиссёров и артистов зачастую случаются ситуации, которые они играют на сцене. В процесс включаются эгрегориально-психологические обратные связи. То же можно заметить по поводу бизнеса под лозунгом "деньги не пахнут".

Обратные связи используются в религиозных и психологических практиках. Хороший доктор всегда использует обратную связь с пациентом для контроля динамики здоровья и корректировки лечения. Современные медикотехнические средства позволяют осуществлять обратную связь с пациентом полностью автоматически.

Обсуждение

Современная цивилизация пытается противопоставить себя природе, нещадно уничтожая биосферу и саму себя, но в ней по-прежнему на самых разных уровнях работают законы мироздания. Природа стремится к красоте и совершенству во всех своих проявлениях. Рассматривать социум отдельно от биосферы – неверно, учитывать особенности свойственные только человеческому сообществу – необходимо. Время, что кажется человеку и сообществу людей значительным, для природы лишь маленький штрих в бесконечном движении, поэтому законы природы над законами социальными. С другой стороны, законы природы записаны в каждой живой клетке каждого организма.

Обратные связи являются естественной и неотъемлемой частью мира. Их нельзя исключить или свести на нет, но можно использовать, как это мудро делает природа для прогресса и созидания.