控制系统中正反馈和负反馈的区别

在控制系统中，对输出（或输出的一部分）进行采样并将其返回到系统输入端的过程称为反馈。反馈用于改进运行性能，以从控制系统中获得所需的输出。反馈信号可以是电压或电流，具体取决于反馈采样系统的运行情况。必须记住，反馈是一个单向过程，即采样的反馈信号始终从输出端流向输入端。在系统中使用反馈使其成为闭环控制系统。

因此，反馈在任何控制系统中都起着至关重要的作用，因为它可以提高系统性能并使系统产生更准确和可靠的输出。因此，反馈被广泛应用于各种应用中，例如过程控制系统、振荡器、放大器、交通控制系统等。

控制系统中使用的反馈主要分为两种类型，即：

  • 正反馈
  • 负反馈

通读本文以了解控制系统中正反馈和负反馈之间的主要区别。但在讨论差异之前，让我们先了解一些正反馈和负反馈的基本知识。

什么是正反馈？

控制系统中的一种反馈类型，它对输出信号进行采样并将其与施加的输入信号同相馈送到输入端，称为正反馈。简单来说，参考输入信号和反馈信号相加的反馈称为正反馈。正反馈也称为再生反馈。图 1 显示了控制系统中正反馈的框图。

带有正反馈的控制系统的传递函数由以下表达式给出：

$$TF\:=\:\frac{G}{1\:-\:GH}$$

其中，TF 是系统的传递函数，G 是开环增益，H 是反馈路径的增益。

因此，正反馈会增加控制系统的增益。因此，正反馈的一个主要应用是在振荡电路中。

什么是负反馈？

控制系统中的一种反馈类型，其中反馈信号和参考输入信号反相，称为负反馈。简单来说，当参考输入信号和反馈信号在系统输入端相减时，则该反馈称为负反馈。负反馈也称为退化反馈。

因此，在负反馈的情况下，输入信号和反馈信号的差值驱动系统。这个差值称为误差信号。由于多种技术优势，负反馈是控制系统中最广泛使用的反馈类型。图 2 显示了负反馈的框图。

具有负反馈的控制系统的传递函数由以下表达式给出：

$$TF\:=\:\frac{G}{1\:+\:GH}$$

由于在负反馈中，误差信号是两个信号之差。因此，具有负反馈的控制系统的增益较低。负反馈主要用于放大器中。

正反馈和负反馈的区别

下表突出显示了控制系统中正反馈和负反馈之间所有显著的差异：

差异依据 正反馈 负反馈
定义 反馈信号和参考输入信号在系统输入端相加以产生误差信号的反馈类型称为正反馈。 反馈信号和参考输入信号在系统输入端相减以产生误差信号的反馈类型称为负反馈。
其他名称 正反馈也称为再生反馈。 负反馈也称为退化反馈。
误差信号 误差信号 = 参考输入信号 + 反馈信号。因此，正反馈会产生更大的误差信号。 误差信号 = 参考输入信号 - 反馈信号。因此，负反馈会产生较小的误差信号。
传递函数

具有正反馈的控制系统的闭环传递函数由下式给出：

$$TF\:=\:\frac{G}{1\:-\:GH}$$

具有负反馈的控制系统的闭环传递函数由下式给出：

$$TF\:=\:\frac{G}{1\:+\:GH}$$
系统增益 具有正反馈的控制系统的增益较高。 具有负反馈的控制系统的增益较低。
系统稳定性 具有正反馈的控制系统的稳定性较低。 具有负反馈的系统的稳定性较高。
输入和反馈信号之间的相位关系 在正反馈的情况下，参考输入和反馈信号同相（即 0° 相位差）。 在负反馈的情况下，参考输入信号和反馈信号反相（即 180° 相位差）。
对参数变化的敏感度 正反馈对系统参数的变化高度敏感。 在负反馈的情况下，对参数变化的敏感度较低。
运算放大器电路中的反馈 运算放大器（运算放大器）的同相（正）端用于提供正反馈。 运算放大器的反相（负）端用于提供负反馈。
总增益 具有正反馈的系统的总增益大于无反馈时的增益。 具有负反馈的系统的总增益小于无反馈时的增益。
应用 正反馈广泛应用于振荡电路中。 负反馈主要用于放大器电路以及许多其他控制系统，如电机控制系统等。

结论

最显著的区别在于，在正反馈的情况下，误差信号是输入和反馈信号之和；而在负反馈系统中，误差信号是输入信号和反馈信号之差。在实际控制系统中，负反馈比正反馈应用更广泛。

更新时间： 2022 年 9 月 2 日

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