控制系統中正反饋和負反饋的區別
在控制系統中,對輸出(或輸出的一部分)進行取樣並將其返回到系統輸入端的過程稱為反饋。反饋用於改進執行效能,以從控制系統中獲得所需的輸出。反饋訊號可以是電壓或電流,具體取決於反饋取樣系統的執行情況。必須記住,反饋是一個單向過程,即取樣的反饋訊號始終從輸出端流向輸入端。在系統中使用反饋使其成為閉環控制系統。
因此,反饋在任何控制系統中都起著至關重要的作用,因為它可以提高系統性能並使系統產生更準確和可靠的輸出。因此,反饋被廣泛應用於各種應用中,例如過程控制系統、振盪器、放大器、交通控制系統等。
控制系統中使用的反饋主要分為兩種型別,即:
- 正反饋
- 負反饋
通讀本文以瞭解控制系統中正反饋和負反饋之間的主要區別。但在討論差異之前,讓我們先了解一些正反饋和負反饋的基本知識。
什麼是正反饋?
控制系統中的一種反饋型別,它對輸出訊號進行取樣並將其與施加的輸入訊號同相饋送到輸入端,稱為正反饋。簡單來說,參考輸入訊號和反饋訊號相加的反饋稱為正反饋。正反饋也稱為再生反饋。圖 1 顯示了控制系統中正反饋的框圖。
帶有正反饋的控制系統的傳遞函式由以下表達式給出:
$$TF\:=\:\frac{G}{1\:-\:GH}$$
其中,TF 是系統的傳遞函式,G 是開環增益,H 是反饋路徑的增益。
因此,正反饋會增加控制系統的增益。因此,正反饋的一個主要應用是在振盪電路中。
什麼是負反饋?
控制系統中的一種反饋型別,其中反饋訊號和參考輸入訊號反相,稱為負反饋。簡單來說,當參考輸入訊號和反饋訊號在系統輸入端相減時,則該反饋稱為負反饋。負反饋也稱為退化反饋。
因此,在負反饋的情況下,輸入訊號和反饋訊號的差值驅動系統。這個差值稱為誤差訊號。由於多種技術優勢,負反饋是控制系統中最廣泛使用的反饋型別。圖 2 顯示了負反饋的框圖。
具有負反饋的控制系統的傳遞函式由以下表達式給出:
$$TF\:=\:\frac{G}{1\:+\:GH}$$
由於在負反饋中,誤差訊號是兩個訊號之差。因此,具有負反饋的控制系統的增益較低。負反饋主要用於放大器中。
正反饋和負反饋的區別
下表突出顯示了控制系統中正反饋和負反饋之間所有顯著的差異:
差異依據 | 正反饋 | 負反饋 |
---|---|---|
定義 | 反饋訊號和參考輸入訊號在系統輸入端相加以產生誤差訊號的反饋型別稱為正反饋。 | 反饋訊號和參考輸入訊號在系統輸入端相減以產生誤差訊號的反饋型別稱為負反饋。 |
其他名稱 | 正反饋也稱為再生反饋。 | 負反饋也稱為退化反饋。 |
誤差訊號 | 誤差訊號 = 參考輸入訊號 + 反饋訊號。因此,正反饋會產生更大的誤差訊號。 | 誤差訊號 = 參考輸入訊號 - 反饋訊號。因此,負反饋會產生較小的誤差訊號。 |
傳遞函式 | 具有正反饋的控制系統的閉環傳遞函式由下式給出: $$TF\:=\:\frac{G}{1\:-\:GH}$$ |
具有負反饋的控制系統的閉環傳遞函式由下式給出: $$TF\:=\:\frac{G}{1\:+\:GH}$$ |
系統增益 | 具有正反饋的控制系統的增益較高。 | 具有負反饋的控制系統的增益較低。 |
系統穩定性 | 具有正反饋的控制系統的穩定性較低。 | 具有負反饋的系統的穩定性較高。 |
輸入和反饋訊號之間的相位關係 | 在正反饋的情況下,參考輸入和反饋訊號同相(即 0° 相位差)。 | 在負反饋的情況下,參考輸入訊號和反饋訊號反相(即 180° 相位差)。 |
對引數變化的敏感度 | 正反饋對系統引數的變化高度敏感。 | 在負反饋的情況下,對引數變化的敏感度較低。 |
運算放大器電路中的反饋 | 運算放大器(運算放大器)的同相(正)端用於提供正反饋。 | 運算放大器的反相(負)端用於提供負反饋。 |
總增益 | 具有正反饋的系統的總增益大於無反饋時的增益。 | 具有負反饋的系統的總增益小於無反饋時的增益。 |
應用 | 正反饋廣泛應用於振盪電路中。 | 負反饋主要用於放大器電路以及許多其他控制系統,如電機控制系統等。 |
結論
最顯著的區別在於,在正反饋的情況下,誤差訊號是輸入和反饋訊號之和;而在負反饋系統中,誤差訊號是輸入訊號和反饋訊號之差。在實際控制系統中,負反饋比正反饋應用更廣泛。