负反馈的作用

2025-04-03 02:53:41

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回答1：

　　自动化技术的核心思想就是反馈，通过反馈建立起输入（原因）和输出（结果）的联系。使控制器可以根据输
　　入与输出的实际情况来决定控制策略，以便达到预定的系统功能。根据反馈在系统中的作用与特点不同可以分正反
　　馈（positive feedback ）和负反馈（passive feedback）两种。下面通过例子来说明两种反馈在系统中的作用。

　　负反馈的特点可以从“负”字上得到很好的理解，它主要是通过输入、输出之间的差值作用于控制系统的其他
　　部分。这个差值就反映了我们要求的输出和实际的输出之间的差别。控制器的控制策略是不停减小这个差值，以使
　　差值变小。负反馈形成的系统，控制精度高，系统运行稳定。我们通过介绍自动化原理时用到的例子来说明负反馈
　　的工作过程。当人打算要拿桌子上的水杯时，人首先要看到自己的手与杯子之间的距离，然后确定自己手的移动方
　　向，手始向水杯移动。同时人的眼睛不停观察手与杯子的距离（该距离就是输入与输出的差值），而人脑（控制器）

　　的作用就是不停控制手移动，以消除这个差值。直到手拿到杯子为止，整个过程也就结束了。从上面的例子可
　　以看出，由负反馈形成的偏差是人准确完成拿杯子动作的关键。如果这个差值不能得到的话，整个动作也就没有办
　　法完成了。这就是眼睛失明的人不能拿到杯子的缘故。负反馈一般是由测量元件测得输出值后，送入比较元件与输
　　入值进行比较而得到的。

　　正反馈在自动控制系统中主要是用来对小的变化进行放大，从而可以使系统在一个稳定的状态下工作。而且正
　　反馈可以与负反馈配合使用，以使系统的性能更优。大家熟悉的核反应就是一个正反馈的例子。铀－235 、钚－239
　　这类重原子核在中子轰击下，通常会产生两个中等质子数的核，并放出2－3个中子和200兆电子伏能量（相当
　　于3。2×1011焦耳）。放出的中子有的损耗在非裂变的核反应中或漏失到裂变系统之外，有的则继续引起重核裂
　　变。如果每一个核裂变后能引起下一次核裂变的中子数平均多于1个，裂变系统就会形成自持的链式裂变反应，中
　　子总数将随时间按指数规律增长。这样反应堆中越来越多的核子发生裂变，放出更多的能量，从而达到发电的目的
　　或者用来做其他用途。在反应堆工作之前，要通过几个触发中子来使系统工作起来。一旦反应开始后。系统自己会
　　产生大量的中子来维持反应的进行。利用这种正反馈机制可以形成大规模的核反应。但是正反馈总是起放大最用，
　　这样就会使系统中的作用越来越剧烈，最后会使系统损坏。所以一般正反馈都与负反馈配合使用，有的时候会在正
　　反馈后面加上非线性环节（如限幅环节）。在核反应堆中，就是通过控制反应堆中铅棒（铅棒可以吸收中子）与反
　　应物接触的面积来控制核反应的剧烈程度，否则我们就没有办法控制核电站发电多少了。

　　（一）自然反馈与吸收现象

　　关于自然反馈和吸收现象，我们在前面已经提及过了，这里不妨再作一些补充分析。
　　所谓的反馈现象，就是物体在电磁波的辐射过程中，由于其它物体的电磁辐射波的影响，就将对其产生作用和干扰，即发生相互的阻尼作用，同时又通过原途径自然返回到物体内对电磁波辐射的产生施以影响，且这种影响随着阻尼作用的大小不同而相应地发生变化，并进而对电磁波的辐射进行调节作用的现象。一般地，发生阻尼作用后对物体电磁辐射波的影响程度与所发生的阻尼作用的大小成正比，即物体在电磁波的辐射过程中，与其它物体的电磁波所发生的阻尼作用越大，对有关物体内电磁波的辐射产生的影响也就越大；反之就越小。因此，反馈现象是电磁阻尼作用对电磁辐射产生的阻尼影响，是电磁阻尼作用的产物，并归根结底是平衡力作用的结果，是平衡调节自然手段的具体体现。
　　也就是说，若电磁波在辐射传播的过程中与其它物体的电磁波发生阻尼作用，那么，就会对任一物体的电磁辐射波的传播带来阻扰，因此，就对物体电磁波的辐射带来影响，造成反馈现象。如果是正反馈，就将减少电磁波的辐射，如果是负反馈，就将增大电磁波的辐射，但这都是在一定的条件和限度内所进行的。物体电磁波发生相互阻尼作用之后，反馈将沿着原传播途径返回到本体内，对电磁辐射产生影响。反馈是在电磁波传播的同时沿原途径返回本体内的，但这时在阻尼作用之后。严格地说，电磁辐射一经产生，阻尼反馈随之形成。
　　反馈现象简言之也就是我们通常所说的信息返送现象，即通过反馈现象对辐射能量传播过程的信息进行全程返送，并对信息的强弱进行自动调节。自然过程也是一样，即通过反馈，可以自动调节某一封闭系统内的电磁辐射的强弱。与此相适应，反馈可分为正反馈和负反馈。所谓的正反馈，就是发生阻尼作用之后反馈调节本体减少电磁波辐射的现象，即参加阻尼作用的只是一部分辐射出的电磁波，而对于剩余部分的电磁波的传播则由于阻尼作用的影响受到阻碍而被反馈到本体内，则又对本体内的电磁波的辐射起到阻碍作用，信息反送作用和自然调节作用，因此本体辐射的电磁波将减弱。换句话说，就是反馈调节本体内电磁波辐射的减弱。因此，发生正反馈的条件是参加阻尼作用的电磁波量小于本体辐射出的电磁波量。即

　　E1 ＜ E

　　而负反馈同正反馈则恰恰相反，即负反馈是在发生阻尼作用之后，反馈调节本体增大电磁波辐射的现象。即参加阻尼作用的电磁辐射波不仅是本体辐射的全部，而且还不能满足，因此，就需要再增大辐射电磁波来补充，从而使阻尼作用得以正常进行。发生负反馈的条件通过以上分析也就很快得知了，这里也就无需再另作说明了。
　　综上所述，无论是正反馈还是负反馈，它们都是平衡力作用的产物和结果。其实无需再言大家就应该明了的。也就是说，正反馈是由于维持、延续和实现系统平衡状态，系统中平衡力减小电磁辐射的变动现象；而负反馈则是系统维持、延续和实现系统平衡状态时平衡力增大电磁辐射的变动现象。但无论是正反馈还是负反馈，它们都是在平衡力的作用下，使发生阻尼作用的封闭系统尽可能地达到平衡状态时的具体表现。总之，所谓的反馈现象，是使发生阻尼作用的封闭系统保持平衡状态时平衡力作用下电磁辐射的阻尼表现，它的作用实质上就是调节本体电磁波的辐射强度，以满足阻尼作用的需要和确保阻尼作用的顺利进行。
　　以上我们简单地分析了反馈现象。但无论是正反馈还是负反馈，它们的调节作用均是在不断地进行的。也就是说，正反馈或负反馈通过阻尼作用对系统内的电磁辐射起着综合的自然调节作用。有关详细内容我们在以后还将逐渐讲述。
　　我们再来看一看自然反馈现象和吸收等问题。
　　通过以上的分析我们即可得知，所谓的自然反馈现象，就是在自然界发展的过程中，由于某封闭系统中电磁阻尼作用发生了变化而使该系统内本体的电磁辐射发生变化的现象；简言之，就是反馈现象的自然表现。而所谓的吸收现象，则是物体间发生阻尼作用的本体外显，或者是本体的负载外显。由此可知，“接收”现象应当是“接受”现象，因为一物体只有受到另一物体的作用时才会出现这种现象，而任何单一的作用是根本不存在的，因此，“接收”只能用于通常的情况之下，是相对的，而严密地说起来又是不确切的，这一点我们在以后还会详细说明的，但一般情况下，我们仍沿用这一词。
　　自然反馈和吸收现象在自然界和现实生活中是客观存在的。如地球吸收太阳光就会产生阻尼温升现象，而地球不同纬度的温差则又是地磁场与光电磁场发生阻尼作用大小不同程度的纬向表现。正是因为如此，地球才从两极自向赤道的温度逐渐升高，关于这一点，我们在以后的章节中还将详细论述，这里就不再一一进行叙述了。
　　我们知道，吸收现象其实质就是反映物体阻尼作用的大小，反馈现象又是调节本体辐射波（即本体能量）的，那么在自然界中物体的反馈现象又是怎样的呢？下面我们就举例说明。
　　如两个天体由于本体磁场的相互存在及传播，就将发生阻尼作用，而这种阻尼作用将受到任一方的磁场强度的变化而相应地发生变化。但如果物体A或物体B的磁场均不发生变化（当然这是不可能的），那么，A-B封闭系统的阻尼作用将保持稳定的状态。但如若在本体A、B间侵入第三者C，那么，它将会破坏原系统的阻尼作用而又重新出现增加了新的封闭阻尼系统，即A↔C阻尼反馈系统和B↔C阻尼反馈系统。不仅如此，又由于阻尼反馈作用的突然聚变又将造成本体A或本体B磁场的变化，亦即将受到电磁波动聚变冲击波的作用。而对于本体，由于在强烈阻尼反馈电磁波的作用下，本体又将受到强烈的反馈冲击波的作用，从而影响和调节本体电磁波的辐射，造成内外聚变现象的产生。如我们地球上常常出现的海潮、风浪、潮汐现象和气候变迁等。因此，了解这一现象对我们理解和认识掌握阻尼反馈概念是很有帮助的。
　　诚然，无论第三者冲向原A↔B封闭系统的中间或（偏向）任一侧，都将发生聚变阻尼反馈现象，就连外界封闭系统的磁场发生较大的聚变时，对这一封闭系统的阻尼作用也将产生影响。因为它们统一于宇宙场中，且彼此之间相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响，且统一于客观场中。总之，系统封闭场受外界电磁场的影响作用而发生的本体电磁场的变化即为自然阻尼反馈现象。也就是说，系统中的磁场受内外界磁场的影响变化而引起的本体磁场的变化就是自然阻尼反馈作用的实质。
　　自然阻尼反馈现象是自然界中不断发生的现象，就以太阳系中的地球为例，我们可以看到阻尼反馈作用对地球所产生的作用影响。
　　太阳系中的星体磁场都是彼此之间相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的统一场，外界星系的磁场变化也能引起太阳系磁场的变化，而太阳系中的磁场变化又将直接引起该星系中天体的磁场变化，任何天体磁场的变化又能引起其它天体的磁场变化。而我们又将磁场的任何变化都广泛叫做电磁波动。即系统中任一区域的电磁波动均将引起该系统中的（任一）天体磁场的波动变化。而与此相适应的天体磁场的变化就是阻尼作用的具体物体表现，而这种具体表现我们有时也将此称为表象、留影、接受或记凝等，这一点我们在以后还将详细阐述的。
　　地球处在太阳系中，它除了受太阳的主要作用之外，还将受到其它星体特别是它本身的平衡体——月球的作用影响。当太阳或月亮或其它星体由于某种原因引起电磁波动时，也将引起地磁场的变化波动即地磁波动，而地磁波动又将引起地球内外的变化。外部的如有气候变迁，表面的有风的急剧循环和风浪的兴起等，而在地球内部又将可能引起地质变化等，其中地质变化我们在以前已经讲述过了，而气候的变迁以及风浪兴起等现象我们在以后的章节中还要详细论述。
　　综上所述，阻尼反馈现象充满着整个宇宙空间，正是这种阻尼反馈作用才引起了宇宙中的各种自然状态的变化和自然现象的产生。因此，自然现象是平衡力作用下的阻尼反馈作用的外现。
　　光在传播过程中也会不断发生阻尼反馈作用，如我们前文所述的吸收、阻尼传播现象等，而简单的光学现象如光的反射、折射、偏振、衍射等现象则又是这种阻尼反馈作用下的简单形式表现，而目前人们又都对此作出了比较详尽的分析研究和论述，我们这里就不再一一详尽地分析说明了。
　　阻尼反馈现象不但充满了自然界，同时也充满了自然特殊界即生物界之中。
　　如果把许多有联系的因果关系首尾串联，便可形成一个闭合的因果关系环。
　　因果关系环实际上就是因果反馈环。反馈是研究信息联系的，即研究当某个系统运转后，如何根据该系统的输出，去修正引起这种输出结果的输入原因。
　　反馈环分为正反馈和负反馈环。正反馈环是当反馈环中一个要素发生变化，通过反馈环中各个环节的连锁反应，加强了这种变化趋势，使其脱离初始状态。这种在变动中起自我增强的作用是正反馈环作用。负反馈环正好与之相反当反馈环中一个要素发生变化，通过反馈环中各要素的连锁反应，减弱了这种变化，使变化趋于稳定。这种在变动中起自我调节的作用是负反馈环的作用。
　　自然界中的天然生态系统似乎与生俱来就是那样合理！经过亿万年的进化，生物适应了环境，环境造就了生物。组成生态系统的各个要素相生相克，通过负反馈环作用使得任何一个要素的数量都不可能过多或过少，各要素之间维持着一定的比例关系。天然生态系统中的生物与环境之间由于存在着各种负反馈机制而保持了一种和谐稳定的关系，这就是人们最初使用“生态平衡”一词所要描绘的景象。
　　由于负反馈环能够抵消偏差，起到了自我调节的稳定作用，因而被认为是维护生态平衡的关键机制。然而现实中的生态系统是复杂的，其反馈机制往往由多个正反馈环与负反馈环结合而成。因此，生态系统的稳定是由正反馈环与负反馈环这二者的力量对比关系所决定的。由于正反馈环的自我增强作用和负反馈环的自我调节作用的同时存在，系统必然是在变动与稳定、增长与衰减之间相互斗争。当负反馈环的自我调节作用强于正反馈环的自我增强作用时，系统就趋于稳定；而当正反馈环的自我增强作用超过负反馈环的自我调节作用时，系统的稳定就遭受破坏，脱离初始状态。
　　生态平衡论是以系统思想为理论基础的，它实质上是系统观、整体观、联系观在特定科学领域中的应用、体现和发挥。系统的性质、构成系统的各个要素之间的联系和相互作用的机制决定着系统的稳定有序，决定着系统自我调节能力的强弱。

回答2：

放大电路的负反馈，其原理是从电路输出端取出一部分电压或电流，以与输入端相反的相位叠加到输入信号上，让电路进行放大。负反馈的应用，可使放大电路更加稳定，改善音质，改小失真。其改小失真的原理是这样的，假设经过放大电路的信号产生了失真，从电路输出端取一个包括失真信号在内的负电压，叠加到输入信号上去，由于叠加了负信号，输入信号比未加负信号时要弱，如失真信号比正常信号大，那么加了负反馈后使失真信号比正常信号小，经放大后使整个信号趋于一致，也就使放大电路趋于稳定。

回答3：

负反馈在系统中的作用

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