2) вектор входных воздействий зависит от внешних воздействий
3) вектор выходных воздействий зависит от входного вектора
4) вектора входных и выходных воздействий зависят только от внешних факторов
Система с обратной связью — это замкнутая система управления, в которой информация о выходном состоянии объекта возвращается к его входу и изменяет управляющее воздействие. Вектор выходных величин y(t) через канал обратной связи участвует в формировании входного вектора u(t); поэтому текущий результат работы системы влияет на последующее управление. В регуляторных системах обычно рассчитывается рассогласование e(t) = r(t) − y(t), где r(t) — заданное значение, а y(t) — фактический выход.
Именно поэтому верен первый вариант: определяющим признаком является влияние выходного вектора на величину входных воздействий, а не просто зависимость выхода от входа. Такая зависимость существует и в разомкнутых системах, где управляющий сигнал формируется без учета результата. В медицинской кибернетике принцип обратной связи лежит в основе физиологической саморегуляции — поддержания температуры тела, артериального давления, концентрации глюкозы, кислотно-основного состояния, — а также работы автоматических инфузионных насосов и систем мониторинга.
Наиболее распространена отрицательная обратная связь: отклонение выходного параметра от целевого значения вызывает управляющее воздействие, уменьшающее это отклонение и стабилизирующее систему. При положительной обратной связи изменение, напротив, усиливается; она может участвовать в развитии патологических процессов, например в формировании порочного круга при прогрессирующей сердечной недостаточности или шоке. Внешние воздействия рассматриваются как возмущения и могут присутствовать как в системах с обратной связью, так и без нее, поэтому сами по себе не являются критерием ее наличия.
| Тип системы или признак | Связь между входом и выходом | Роль выходного сигнала | Пример в медицине |
|---|---|---|---|
| Замкнутая система с обратной связью | Выход измеряется и используется для коррекции входного воздействия | Возвращается к регулятору и изменяет управляющий сигнал | Инсулиновая помпа, корректирующая подачу инсулина по уровню глюкозы |
| Разомкнутая система | Вход задается независимо от фактического результата | Не влияет на последующее управление | Введение фиксированной дозы препарата по заранее установленной схеме |
| Отрицательная обратная связь | Рассогласование между заданным и фактическим значением уменьшается | Стабилизирует параметр и повышает точность регулирования | Терморегуляция: повышение температуры активирует теплоотдачу |
| Положительная обратная связь | Отклонение усиливается последующим управляющим воздействием | Поддерживает или ускоряет процесс до действия ограничивающего механизма | Усиление сокращений матки при родах под влиянием окситоцина |
| Система слежения | Выход изменяется вслед за переменным заданием | Сравнивается с текущим эталонным сигналом | Автоматическая коррекция параметров вентиляции по изменению газового состава крови |
| Система стабилизации | Выход удерживается около постоянного заданного уровня | Компенсирует возмущения и внутренние отклонения | Поддержание заданной температуры в аппарате для новорожденных |
| Адаптивная система | Параметры регулятора изменяются в зависимости от состояния объекта | Выходная информация используется не только для управления, но и для настройки модели | Персонализированная коррекция дозы лекарственного средства по клиническому ответу |
Ключевым диагностическим признаком замкнутого управления является наличие замкнутого контура передачи информации от выхода к входу. Для практического анализа оценивают датчик, канал передачи сигнала, блок сравнения, регулятор и исполнительный механизм. Эффективность такой системы определяется точностью измерения, быстродействием, устойчивостью и способностью компенсировать внешние возмущения. Нарушение любого звена может привести к запаздыванию коррекции, колебаниям параметра или потере устойчивости.