負反饋調節

控制論的基本概念

負反饋調節:使生態系統達到或保持平衡或穩態,結果是抑制和減弱最初發生變化的那種成分的變化。

性質


人體內的負反饋調節
人體內的負反饋調節
反饋又稱回饋,是控制論的基本概念,指將系統的輸出返回到輸入端並以某種方式改變輸入,進而影響系統功能的過程。反饋可分為負反饋和正反饋。前者使輸出起到與輸入相反的作用,使系統輸出與系統目標的誤差減小,系統趨於穩定;後者使輸出起到與輸入相似的作用,使系統偏差不斷增大,使系統振蕩,可以放大控制作用。對負反饋的研究是控制論的核心問題。另外有電流負反饋的理論。

特點


負反饋的特點可以從“負”字上得到很好的理解,它主要是通過輸入、輸出之間的差值作用於控制系統的其他部分。這個差值就反映了我們要求的輸出和實際的輸出之間的差別。控制器的控制策略是不停減小這個差值,以使差值變小。負反饋形成的系統,控制精度高,系統運行穩定。我們通過介紹自動化原理時用到的例子來說明負反饋的工作過程。當人打算要拿桌子上的水杯時,人首先要看到自己的手與杯子之間的距離,然後確定自己手的移動方向,手始向水杯移動。同時人的眼睛不停觀察手與杯子的距離(該距離就是輸入與輸出的差值),而人腦(控制器)的作用就是不停控制手移動,以消除這個差值。直到手拿到杯子為止,整個過程也就結束了。從上面的例子可以看出,由負反饋形成的偏差是人準確完成拿杯子動作的關鍵。如果這個差值不能得到的話,整個動作也就沒有辦法完成了。這就是眼睛失明的人不能拿到杯子的緣故。負反饋一般是由測量元件測得輸出值后,送入比較元件與輸入值進行比較而得到的。

意義


負反饋調節的主要意義在於維持機體內環境的穩態,在負反饋情況時,反饋控制系統平時處於穩定狀態。還有一種負反饋調節:在人體內,下丘腦作為內分泌系統的調節中樞,通過分泌促激素釋放激素,使垂體分泌促激素,作用於其他內分泌腺,促進其他內分泌腺的分泌激素,各種內分泌腺分泌的激素過多,反過來會抑制下丘腦和垂體的功能,稱為負反饋調節。
負反饋調節是生態系統自我調節的基礎,它在生態系統中普遍存在的一種抑制性調節機制。例如,在草原生態系統中,食草動物瞪羚的數量增加,會引起其天敵獵豹數量的增加和草數量的下降,兩者共同作用引起瞪羚種群數量下降,維持了生態系統中瞪羚數量的穩定。

應用


負反饋在電子電路中應用非常廣泛。在放大電路中,利用負反饋可以穩定靜態工作點和放大倍數,可以減小非線性失真、擴展頻帶,還可以改變放大器的輸入阻抗和輸出抗阻。
電壓負反饋可以穩定放大電路的輸出電壓,因而輸出阻抗比無負反饋時減小;電流負反饋可穩定放大電路的輸出電流,因而輸出阻抗比無反饋時增大;串聯負反饋由於在輸入端串入反饋支路,因而輸入阻抗得以提高;並聯負反饋的輸入端由於並聯了反饋支路,因而輸入阻抗得以降低。
放大電路引入負反饋后,放大倍數雖有所降低,但對改善放大電路的性能有重要的作用。