التغذية الراجعة (المرتدة)

تغذيه راجعه (مرتده)

Feedback - Réaction

التغذية الراجعة (المرتدة)

التغذية الراجعة feedback هي عودة جزء من خرج النظام إلى دخل النظام كي تصير قيمة الخرج أقرب ما تكون إلى القيمة المرغوبة أو كي يتمتع بصفات مميزة معينة. وتقع دراسة النماذج الرياضية التي تسمح بالتنبؤ بعمل نُظم كهذه في علم الأتمتة[ر].

وأفادت التغذية الراجعة في تطوير تنظيم العديد من العمليات والنُظم الصناعية والتحكم بها بشكل آلي يمتاز بدقة كبيرة وكلفة قليلة.

ولعل المثال التاريخي الأكثر شهرة هو جهاز التنظيم الراجع للآلة البخارية التي ابتكره جيمس واط J.Watt عام 1788 والمسمى «منظِّم واط»

وعلى أن هناك بعض أنظمة التحكم المشابهة استخدمت قبل «منظِّم واط» وبعده، لم تتم الدراسة الرياضية للتغذية الراجعة في أنظمة التحكم  إلا عام 1927حين بيَّن المهندس في مختبرات شركة (بل) للهواتف هـ.س.بلاك H.S.Black إمكان استخدام التغذية الراجعة لإضعاف التشويش في المضخات الإلكترونية، ووضع المعادلات التي تخضع لها أنظمة كهذه. ومن الأمثلة الشهيرة للتغذية الراجعة محركات البنزين المستخدمة في كثير من الآلات مثل الجرارات وجزازات الأعشاب، وتهدف التغذية الراجعة في آلات كهذه إلى جعل السرعة ثابتة، ويتم ذلك بأن تودع السرعة المطلوبة في جهاز مرتبط بالمحرك، وتكون مهمة المنظم قياس سرعة المحرك ومقارنتها بالسرعة المطلوبة، فإذا كانت سرعة المحرك أكبر مما ينبغي قام المنظم بإنقاص كمية الوقود التي يغذي المحرك فتنقص سرعته، والعكس بالعكس.

ويوضح المثال الآتي المخطط العام لنظام ذي تغذية راجعة.

مخطط دارة ذات تغذية راجعة: يسمح حساس «ح» captor، (الشكل-2)، بإعطاء إشارة (كهربائية على الغالب) تناسب خاصة معينة للأثر العام للنظام (سرعة المحرك، شدة التيار، درجة الحرارة، الضغط، الحقل الكهرمغنطيسي،..) ويطلب التحكم بهذه الخاصة. تطبَّق هذه الإشارة على مقارن مر comparator تتم فيه مقارنة قيمة الإشارة المذكورة بقيمة مرجعية reference value مودعة فيه. ويسمَّى الفرق بين هاتين القيمتين إشارة الخطأ. والهدف هو جعل هذه الإشارة أصغر ما يمكن (أو صفراً إن أمكن). ولذا فإنه يطلب من إشارة الخطأ التأثير في دخل النظام عبر معدل Modulator يؤثِّر في خاصة الأثر العام المختارة. وإذا كان للنظام أكثر من خرج أو أثر عام فإنه يمكن التحكم بخرج وحيد أو أكثر لهذا النظام بالتقنية المذكورة.

ويجدر التنويه إلى أن أثر إشارة الخطأ يمكن أن يتم بجهة التغير نفسها لمتحولات الدخل فتزداد إشارة الخطأ، ويكون لدينا تغذية راجعة موجبة. يقال عن مثل هذه الآلية إنها تفجيرية explosive كما يمكن أن يتم الأثر بعكس جهة التغير فيكون أثر التعديل إنقاص إشارة الخطأ (تغذية راجعة سالبة)، وعندئذ يكون النظام في اتجاه الاستقرار، ويكون خرجه المدروس موافقاً للقيمة المرجعية المودعة في مقارنه. وفي كثير من أنظمة التحكم يكون الدخل متغيراً مع الزمن، ويكون المطلوب من النظام أن يجعل من الخرج تابعاً لجميع تغيرات الدخل، وتوصف أنظمة كهذه بأنها أنظمة مؤازرة seruo systems أو آليات مؤازرة seruo mechanisms.

ويمكن لعمل إشارة الخطأ أن يكون حسب الأنماط الثلاثة الآتية:

أ ـ أثر متناسب: يكون فيه التعديل أو التصحيح متناسباً مباشرة مع الفرق بين القيمة الحقيقية للخرج والقيمة المرجعية المودعة بالمقارن.

ب ـأثر تكاملي: تكون سرعة التصحيح فيه متناسبة مع هذا الفرق.

ج ـ أثر تفاضلي: يكون التصحيح متناسباً مع سرعة تغيرات هذا الفرق.

أما فيما يتعلق بالقيمة المودعة فلها أيضاً عدة حالات.

أ ـ القيمة المودعة ثابتة: يكون النظام ثابت البنية rigid.

ب ـ القيمة المودعة متغيرة مع الزمن، ويتم التحكم بها من الخارج: يعمل النظام بآلية مؤازرة [ر].

جـ ـالقيمة المودعة ثابتة ولكن يمكن تغير قيمتها من الخارج بوساطة معلومات إضافية حول النظام من حين لآخر، وهذا هو التنظيم regulation.

وتشاهد التغذية الراجعة في كثير من الظواهر الطبيعية:

1 ـ ففي جسم الإنسان تعمل معظم أنظمة التحكم بأسلوب التغذية الراجعة السالبة التي يمكن توضيحها بالنظر، على سبيل المثال، في نظام تحكم الاستتباب homeostatic. إن زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في السائل خارج الخلوي extracellular تؤدي إلى زيادة التهوية الرئوية pulmonary ventillation، وتسبب هذه نقصاً في تركيز ثاني أكسيد الكربون.

وفي آلية تنظيم الضغط الشرياني يسبب الضغط المرتفع سلسلة من ردود الأفعال تؤدي إلى رفع في الضغط، ويلاحظ أن الأثرين في هذين المثالين معاكسان للمنبه الابتدائي، لذلك فإن التغذية الراجعة هنا هي تغذية سالبة.

ولعل المرء يتسائل لماذا تكون آلية معظم أنظمة التحكم في الجسم تعمل بنظام التغذية الراجعة السالبة لا الموجبة، غير أن التأمل في طبيعة التغذية الراجعة الموجبة يبين مباشرة أن هذه التغذية لا تؤدي إلى الاستقرار، بل تولد حالة من عدم الاستقرار غالباً ما تنتهي بالموت. وعلى سبيل المثال، إن قلب الإنسان السوي يضخ 5لترات من الدم في كل دقيقة، ولكن إذا ما نزف فجأة بقدر لترين مثلاً، فإن كمية الدم في الجسم تصير غير كافية ليقوم القلب بعملية الضخ بفعالية، وهذا ما يؤدي إلى خفض الضغط الشرياني وإلى انخفاض جريان الدم من عضلة القلب عبر الأوعية الإكليلية (التاجية)، ممّا يؤدي إلى إضعاف العضلة القلبية وإلى خفض آخر في الضخ وإلى مزيد من الانخفاض في جريان الدم في الأوعية الإكليلية وهكذا حتى الموت.

2 ـ وفي علوم الحياة بوجه عام يلاحظ أن الحركات الدقيقة والسريعة محكومة بتغذية راجعة تفجيرية معدة لإعطاء استطاعة جاهزة ولحظية، وتوقف هذه التغذية عند الحاجة، وذلك بتغذية راجعة سالبة. وتبين دراسة دقيقة في هذا المجال أن هناك عدداً من الآليات المؤازرة المتراكبة على كثير من المستويات.

3 ـ وفي الإلكترونيات تكون التغذية الراجعة عملية تتضمن إرسال جزء من تيار الخرج أو كمونه لجهازٍ ما إلى دخله. فمثلاً في حالة المضخِّم (وهو جهاز يضخِّم أي إشارة، دون تشويهها، ترسل إلى دخله) (الشكل-3)، يمكن بمساعدة وصلة خاصة، تسمى حلقة التغذية الراجعة، أخذ جزءٍ من الإشارة المضخَّمَة في نقطة (ب)، وإعادة حقنها في النقطة (أ). إن التيار والكمون في النقطة (ب) في هذه الحالة يؤثران في نظيريهما عند النقطة(أ).

إنَّ لهذا التصميم السهل جداً والعام جداً أهمية كبيرة في الإلكترونيات، وهو على عدة أشكال:

أ ـ التغذية الراجعة الموجبة: تدخل إشارة جيبية، في أسهل الحالات، في النقطة (أ) مع غياب الحلقة (و)، وليفترض أن الإشارة قد ضُخِّمت (خمس مرات مثلاً) في النقطة ب، فإذا أمكن بمساعدة الحلقة (و) أخذ جزءٍ من كمون الخرج لحقنة ثانية في (أ) على أن يكون على اتفاق بالطور مع الكمون في (أ)، عندئذ تضاف الإشارتان في (أ)، وتتضخم الإشارة الناتجة عن المضخم. يعاد بعد ذلك أخذ جزء من هذه الإشارة لتضاف إلى الدخل فيزداد التضخيم. وعلى هذا فإن التغذية الراجعة زادت في التضخيم ويكون ذلك على حساب الاستقرارية. فإذا كانت نسبة التغذية الراجعة (أي ما أخذ من إشارة الخرج لتغذية إشارة الدخل) عالية فإن الجملة تهتز وينشأ عن ذلك هزاز oscillator.

ب ـ التغذية الراجعة السالبة: وهي تتم بتغيير إشارة جزءٍ من الخرج في (ب) وتغذية الدخل في(أ) به. ويمكن تنفيذه على أن تعكس الوصلة في (أ) أو (ب) بغية الحصول على طرح الإشارتين (إشارة الدخل وإشارة التغذية الراجعة في (أ)). وعلى هذا فإن هذه العملية تقلِّل التضخيم غير أنها تُحسِّن الاستقرارية والوثوقية، ويستخدم هذا النوع من التغذية الراجعة في أجهزة المؤازرة الآلية.

جـ ـ التغذية الراجعة الانتخابية: elective feedback لا شيء يمنع أن توضع في الحلقة (و) دارات انتخابية على أن لا تمر إلا بعض الترددات من دون بعضها الآخر، وعلى هذا فإن الإشارة المعادة إلى الدخل لا تعود صورة صادقة عن إشارة الخروج. وحسبما تكون التغذية الراجعة موجبة أو سالبة يتزايد تضخيم الإشارة التي تجتاز الحلقة أو يتناقص، ويعمل الجهاز حينئذ مرشحاً.

أميمة الحكواتي الدكاك

ـ الأتماتية ـ الأتمتة ـ الآلية المؤازرة ـ الذاكرة في الحواسيب.

ـ ج. ميلمان، الميكرو إلكترونات. ترجمة وجيه السمان.

- Sorromecanismes e tregulateurs, collection Qne sais-je?, No1502 (1973).

التصنيف : الرياضيات و الفلك

النوع : علوم

المجلد: المجلد السادس

رقم الصفحة ضمن المجلد : 672

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية