Kapitel 1 : Feedback
Ein Beispiel für Rückkopplung ist, wenn die Ausgänge eines Systems als Eingaben für dasselbe System verwendet werden, wodurch eine Schaltung oder Schleife als Teil einer Kette von Ursache-Wirkungs-Beziehungen entsteht. Wenn dies geschieht, könnten wir sagen, dass das System auf sich selbst zurückwirkt. Bei der Betrachtung von Feedback-Systemen ist es wichtig, mit dem Konzept von Ursache und Wirkung vorsichtig umzugehen:
Das Nachdenken über einfache kausale Beziehungen in einem Rückkopplungssystem ist eine Herausforderung, da das erste System das zweite System beeinflusst und das zweite System das erste System beeinflusst, was zu einem Zirkelschluss führt. Aus diesem Grund kann es schwierig sein, eine Argumentation zu verwenden, die auf Ursache und Wirkung basiert, und es ist wichtig, das System als Ganzes zu untersuchen.
- Karl Johan Åström und Richard M. Murray, Feedback-Systeme: Eine Einführung für Wissenschaftler und Ingenieure
Das Konzept der Rückkopplung hatte im 18. Jahrhundert begonnen, in die Wirtschaftstheorie in Großbritannien Einzug zu halten, aber zu dieser Zeit wurde es nicht als universelle Abstraktion anerkannt und hatte daher keinen Namen. Selbstregulierende Mechanismen gibt es schon seit der Antike, und sie begannen, in Großbritannien Eingang in die Wirtschaftstheorie zu halten.
Seit dem 17. Jahrhundert werden Fliehkraftregler in Windmühlen eingesetzt, um den Abstand und den Druck zwischen den Mühlsteinen zu steuern. Auf Empfehlung seines Geschäftskollegen Matthew Boulton schuf James Watt im Jahr 1788 seinen ersten Fliehkraftregler. Dieser spezielle Regler war für den Einsatz in den von ihnen hergestellten Dampfmaschinen vorgesehen. Die frühesten Dampfmaschinen nutzten eine Bewegung, die ausschließlich reziprok war, und sie wurden zum Pumpen von Wasser verwendet. Es handelte sich um eine Anwendung, die in der Lage war, Schwankungen in der Arbeitsgeschwindigkeit zu tolerieren; Der Einsatz von Dampfmaschinen für andere Anwendungen erforderte jedoch eine genauere Regelung der Drehzahl.
James Clerk Maxwell veröffentlichte 1868 das einflussreiche Werk "On governors". Diese Studie gilt mittlerweile allgemein als Klassiker auf dem Gebiet der Regelungstechnik. Diese Studie leistete einen bahnbrechenden Beitrag auf dem Gebiet der Kontrolltheorie und der Mathematik des Feedbacks.
Bereits in den 1860er Jahren verwendeten die Menschen in den Vereinigten Staaten die Verbphrase "to feed back", was so viel bedeutet wie "zu einem früheren Punkt in einem mechanischen Prozess zurückkehren". Die Erforschung zirkulärer kausaler Rückkopplungssysteme stand im Mittelpunkt der Entwicklung der Kybernetik ab den 1940er Jahren.
Im Laufe der Zeit gab es erhebliche Debatten darüber, welche Definition von Feedback am zutreffendsten ist. Dem Kybernetiker Ashby (1956) zufolge bevorzugen Mathematiker und Theoretiker, die sich für die Prinzipien von Rückkopplungssystemen interessieren, den Begriff der "Zirkularität des Handelns", da er die Einfachheit und Konsistenz der Theorie beibehält. [Zitat erforderlich] Feedback sollte eine zielgerichtete Wirkung für Personen haben, die praktischere Ziele haben, und es sollte über einen Link kommen, der greifbarer ist.
[Diejenigen, die sich auf praktische Experimente einlassen] Widersprechen Sie der Definition der Mathematiker und weisen Sie darauf hin, dass sie dazu müssten, zuzugeben, dass Rückkopplung im konventionellen Pendel vorhanden ist, wäre eine Möglichkeit, dies zu tun.
zwischen seiner Lage und seinem Impuls - eine "Rückkopplung", die zwischen den beiden entsteht, vom Standpunkt der tatsächlichen Anwendung aus ist ein wenig mysteriös.
Als Antwort darauf entgegnet der Mathematiker, dass, wenn die Rückkopplung nur dann als vorhanden angesehen wird, wenn es einen physischen Draht oder Nerv gibt, der sie repräsentiert, dieses Argument ungültig ist, dann wird die Theorie chaotisch und mit Belanglosigkeiten gespickt.: 54
Ramaprasad (1983), der sich mit den Anwendungen des Feedbacks in der Managementtheorie beschäftigt, definiert es in einem allgemeinen Sinne als "... Wissen über die Lücke zwischen dem tatsächlichen Pegel und dem Referenzpegel eines Systemparameters", das verwendet wird, um "die Lücke in irgendeiner Weise zu verändern". Er betont den Punkt, dass die Information an und für sich erst dann eine Rückkopplung darstellt, wenn darauf reagiert wird.
Als positive Rückkopplung wird die Situation bezeichnet, in der das Signal, das vom Ausgang zurückgespeist wird, in Phase mit dem eingespeisten Signal ist.
Negative Rückkopplung: Wenn die Signalrückkopplung entgegengesetzt oder um 180° in Bezug auf das Eingangssignal phasenverschoben ist, wird diese Art von Eingang als "negative Rückkopplung" bezeichnet.
Die Grafik kann z. B. einen Tempomaten in einem Fahrzeug darstellen, der einer Zielgeschwindigkeit wie der Geschwindigkeitsbegrenzung entspricht. Dies wäre ein Beispiel für negatives Feedback. Das Auto selbst dient als gesteuertes System, und seine Eingaben umfassen nicht nur das vom Motor erzeugte Drehmoment, sondern auch die Steigung der Straße, wenn sie sich ändert (die Störung). Ein Tachometer wird verwendet, um die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen. Die Abweichung der tatsächlichen Geschwindigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit, die durch den Tacho ermittelt wird, ist die Quelle des Fehlersignals (Sollwert). Dieser gemessene Fehler wird von der Steuerung ausgewertet, die dann befiehlt, das Gaspedal einzustellen, was wiederum dem Motor befiehlt, mehr Benzin aufzunehmen (den Effektor). Die Rückkopplung, d. h. die daraus resultierende Änderung des Motordrehmoments, interagiert mit dem Drehmoment, das durch die sich ändernde Fahrbahnsteigung ausgeübt wird, um den Geschwindigkeitsfehler zu verringern und so die Störung der Straße zu verringern.
Vor dem Zweiten Weltkrieg wurden zunächst die Konzepte der "positiven" und "negativen" Rückkopplung auf das Phänomen verwendet. In den 1920er Jahren, als der regenerative Kreislauf entwickelt wurde, war das Konzept der positiven Rückkopplung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft bereits gut etabliert. Die bahnbrechende Arbeit, die erstmals die Verwendung von negativer Rückkopplung in elektronischen Verstärkern detailliert beschreibt, wurde 1934 von Harold Stephen Black abgeschlossen. Nach den Behauptungen von Black:
Die Verstärkung des Verstärkers wird durch positive Rückkopplung erhöht, während die Verstärkung durch negative Rückkopplung verringert wird.
Laut Mindell (2002) gab es nicht lange danach eine Zunahme der Mehrdeutigkeit über die Terminologie:
... Friis und Jensen hatten die gleiche Unterscheidung zwischen "positiver Rückkopplung" und "negativer Rückkopplung" gezogen wie Black, und zwar nicht in Abhängigkeit vom Vorzeichen der Rückkopplung an sich, sondern von dem Einfluss, den sie auf die Verstärkung des Verstärkers hat.
Im Gegensatz dazu bezeichneten Nyquist und Bode, als sie ihre Ideen auf der Grundlage von Blacks Arbeit entwickelten, das Phänomen als "etwas mit umgekehrtem Vorzeichen", wenn sie über negatives Feedback sprachen.
Black hatte Schwierigkeiten, andere von der Nützlichkeit seiner Erfindung zu überzeugen, zum Teil, weil Verwirrung über grundlegende Definitionsfragen herrschte.: 121
Noch bevor die Begriffe verwendet wurden, beschrieb James Clerk Maxwell verschiedene Arten von "Komponentenbewegungen", die mit den Zentrifugalreglern verbunden waren, die in Dampfmaschinen verwendet wurden. Er unterschied zwischen solchen, die zu einer kontinuierlichen Zunahme einer Störung oder der Amplitude einer Schwingung führen, und solchen, die zu einer Abnahme derselben führen. Dies geschah bereits vor der Anwendung der Bedingungen.
Die Begriffe "positives Feedback" und "negatives Feedback" werden je nach Studienfach unterschiedlich definiert.
Die Änderung der Differenz zwischen dem Referenzwert und dem tatsächlichen Wert eines Parameters, je nachdem, ob die Differenz wächst (positiv) oder schrumpft (negativ) (negativ).
Die emotionale Konnotation, die die Handlung oder das Ergebnis, das die Lücke verkleinert, auf den Empfänger oder Beobachter ausübt, entweder in Bezug auf Erfreut (mit einer positiven Konnotation) oder unzufrieden (mit einer negativen Konnotation). Aber auch innerhalb eines einzelnen Feldes kann ein Beispiel für Feedback entweder als positiv oder negativ bezeichnet werden, je nachdem, wie die Werte bewertet oder referenziert werden. [Ein typisches Beispiel:].
Dieses Missverständnis kann dadurch entstehen, dass Feedback entweder eine informative oder eine motivierende Funktion haben kann und oft sowohl aus einer qualitativen als auch aus einer quantitativen Komponente besteht. Nach der Definition von Connellan und Zemke (1993):
Der quantitative Input, den wir erhalten, informiert uns darüber, wie viele und wie viele es von irgendetwas gibt.
Die qualitativen Kommentare lassen uns wissen, wie gut es uns geht, schlecht oder gleichgültig.: 102
Viele Feedback-Schleifen-Systeme können nicht einfach als positiv oder negativ bezeichnet werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn zahlreiche Rückkopplungsschleifen im System vorhanden sind. Während grundlegende Systeme manchmal als die eine oder andere Art definiert werden können, ist dies nicht immer der Fall.
Wenn es sich einfach um zwei Komponenten handelt, die so miteinander gekoppelt sind, dass sie sich gegenseitig beeinflussen, können aus den Eigenschaften des Feedbacks wichtige und relevante Informationen über die Qualitäten des Ganzen gewonnen werden.
Wenn aber die Zahl der Stücke auf nur vier ansteigt, wenn die Wirkungen eines...
