反馈
Feedback 反馈
反馈是系统科学和控制论中的一个核心概念，它指的是将系统输出信号的一部分或全部送回到输入端，并与输入信号进行比较，从而产生一个偏差信号，进而影响系统行为的过程。反馈是实现自动控制系统、稳定系统性能、抑制扰动和实现复杂功能的基础。
Note
"反馈是控制论的灵魂" ——Norbert Wiener
一、基本概念
- 反馈：取出输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程。
- 反馈控制：采用负反馈，利用偏差进行控制的过程。
- 开环控制：输出不影响输入的控制方式，没有反馈环节。
- 闭环控制：输出通过反馈环节影响输入的控制方式，具有反馈环节。
二、反馈的分类
根据反馈信号与输入信号的叠加方式，反馈主要分为正反馈和负反馈。
1. 负反馈 (Negative Feedback)
Negative Feedback 负反馈是指反馈信号与输入信号相减（或反相叠加）。负反馈是控制系统和电子电路中最常用和最重要的反馈形式，因为它能够：
- 稳定系统：抑制系统内部参数变化、外部扰动和非线性因素对输出的影响，提高系统的稳定性。
- 提高精度：减小稳态误差，使输出更接近期望值。
- 扩展带宽：在放大电路中，负反馈可以牺牲增益来换取带宽的增加。
- 抑制噪声和失真：有效抑制系统内部产生的噪声和非线性失真。
- 改变输入/输出阻抗：根据反馈方式，可以提高或降低输入/输出阻抗。
Important
负反馈的本质是“变粗为精”、“变慢为快”、“变不稳定为稳定”。
2. 正反馈 (Positive Feedback)
Positive Feedback 正反馈是指反馈信号与输入信号相加（或同相叠加）。正反馈会使系统增益增大，甚至可能导致系统不稳定或产生振荡。它主要用于：
- 振荡器：产生周期性信号。
- 施密特触发器：实现迟滞特性。
- 锁存器：实现记忆功能。
- 自激振荡：在某些情况下，正反馈可能导致系统失控或自激振荡。
三、负反馈控制的基本规律
负反馈控制系统具有以下基本规律：
-
被调量存在误差：
- 系统正是依靠被调量的偏差进行控制的。稳态误差只能减小，却不可能完全消除。这是因为如果误差为零，则没有偏差信号来驱动控制作用。
-
抵抗扰动，服从给定：
- 抵抗扰动：反馈控制系统具有良好的抗扰性能，它能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动。对前向通路上的扰动有抑制作用，而反馈回路上的扰动反而会增大被调量的误差。
- 服从给定：给定作用指的是所期望输出的信号。如果系统紧紧地跟随着给定作用，则称为伺服系统。
-
系统的精度：
- 给定决定系统输出，输出精度自然取决于给定精度。反馈控制系统能够使输出量精确地跟踪输入量，但其精度最终受限于给定信号的精度和测量反馈信号的精度。