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Un bucle de retroalimentación donde todas las salidas de un proceso están disponibles como entradas causales para ese proceso. La retroalimentación se produce cuando las salidas...

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Un bucle de retroalimentación donde todas las salidas de un proceso están disponibles como entradas causales para ese proceso.

La retroalimentación se produce cuando las salidas de un sistema se redirigen como entradas, formando parte de una cadena de causa y efecto que constituye un circuito o bucle. [ 1 ] Se puede decir entonces que el sistema se retroalimenta a sí mismo. La noción de causa y efecto debe manejarse con cuidado al aplicarla a sistemas de retroalimentación:

El razonamiento causal simple sobre un sistema de retroalimentación es difícil porque el primer sistema influye en el segundo y el segundo en el primero, lo que lleva a un razonamiento circular. Esto dificulta el razonamiento basado en causa y efecto, y es necesario analizar el sistema en su conjunto. Según Webster, la retroalimentación en los negocios es la transmisión de información evaluativa o correctiva sobre una acción, evento o proceso a la fuente original o de control. [ 2 ]

— Karl Johan Åström y Richard M. Murray, Sistemas de retroalimentación: una introducción para científicos e ingenieros [ 3 ]

Historia

Los mecanismos de autorregulación han existido desde la antigüedad, y la idea de retroalimentación comenzó a incorporarse a la teoría económica en Gran Bretaña hacia el siglo XVIII, pero en aquel entonces no se reconocía como una abstracción universal y, por lo tanto, no tenía un nombre. [ 4 ]

El primer dispositivo de retroalimentación artificial conocido fue una válvula de flotador , para mantener el agua a un nivel constante, inventada en el año 270 a. C. en Alejandría , Egipto. [ 5 ] Este dispositivo ilustraba el principio de retroalimentación: un nivel bajo de agua abre la válvula, el agua que sube proporciona retroalimentación al sistema, cerrando la válvula cuando se alcanza el nivel requerido. Esto se repite de forma cíclica a medida que fluctúa el nivel del agua. [ 5 ]

Los reguladores centrífugos se utilizaban para regular la distancia y la presión entre las piedras de molino en los molinos de viento desde el siglo XVII. En 1788, James Watt diseñó su primer regulador centrífugo, siguiendo una sugerencia de su socio comercial Matthew Boulton , para su uso en las máquinas de vapor de su producción. Las primeras máquinas de vapor empleaban un movimiento puramente alternativo y se utilizaban para bombear agua, una aplicación que podía tolerar variaciones en la velocidad de trabajo; sin embargo, el uso de máquinas de vapor para otras aplicaciones requería un control más preciso de la velocidad.

En 1868 , James Clerk Maxwell escribió un famoso artículo, "Sobre los reguladores", que es ampliamente considerado un clásico en la teoría del control por retroalimentación. [ 6 ] Este fue un artículo fundamental en la teoría del control y las matemáticas de la retroalimentación.

La frase verbal «realimentar» , en el sentido de volver a una posición anterior en un proceso mecánico, se utilizaba en los EE. UU. hacia la década de 1860, [ 7 ] [ 8 ] y en 1909, el premio Nobel Karl Ferdinand Braun utilizó el término «retroalimentación» como sustantivo para referirse al acoplamiento (no deseado) entre los componentes de un circuito electrónico . [ 9 ]

A finales de 1912, los investigadores que utilizaban los primeros amplificadores electrónicos ( audiones ) descubrieron que acoplar deliberadamente parte de la señal de salida al circuito de entrada aumentaría la amplificación (mediante regeneración ), pero también haría que el audión aullara o cantara. [ 10 ] Esta acción de realimentación de la señal de salida a entrada dio lugar al uso del término "realimentación" como palabra independiente en 1920. [ 10 ] Aumentar la realimentación producía superregeneración.

El desarrollo de la cibernética a partir de la década de 1940 se centró en el estudio de los mecanismos de retroalimentación causal circular.

A lo largo de los años, ha habido cierta controversia sobre la mejor definición de retroalimentación. Según el experto en cibernética Ashby (1956), los matemáticos y teóricos interesados ​​en los principios de los mecanismos de retroalimentación prefieren la definición de "circularidad de la acción", que mantiene la teoría simple y coherente. Para quienes tienen objetivos más prácticos, la retroalimentación debería ser un efecto deliberado a través de una conexión más tangible.

Los experimentadores prácticos objetan la definición del matemático, señalando que esto los obligaría a afirmar que existe retroalimentación en el péndulo ordinario... entre su posición y su momento, una "retroalimentación" que, desde el punto de vista práctico, resulta algo mística. A esto, el matemático replica que si se considera que la retroalimentación solo está presente cuando existe un cable o nervio real que la represente, entonces la teoría se vuelve caótica y plagada de irrelevancias. [ 11 ] : 54

Centrándose en los usos en la teoría de la gestión, Ramaprasad (1983) define la retroalimentación generalmente como "...información sobre la brecha entre el nivel real y el nivel de referencia de un parámetro del sistema" que se utiliza para "modificar la brecha de alguna manera". Enfatiza que la información por sí sola no es retroalimentación a menos que se traduzca en acción. [ 12 ]

Tipos

Comentarios positivos y negativos

Mantener el rendimiento deseado del sistema a pesar de las perturbaciones mediante el uso de retroalimentación negativa para reducir el error del sistema.
Un ejemplo de bucle de retroalimentación negativa con objetivos
Un ejemplo de bucle de retroalimentación positiva

Retroalimentación positiva: Si la señal de retroalimentación de salida está en fase con la señal de entrada, se denomina retroalimentación positiva.

Retroalimentación negativa: Si la señal de retroalimentación está desfasada 180° con respecto a la señal de entrada, se denomina retroalimentación negativa.

Como ejemplo de retroalimentación negativa, el diagrama podría representar un sistema de control de crucero en un automóvil que ajusta la velocidad a un valor objetivo, como el límite de velocidad. El sistema controlado es el automóvil; su entrada incluye el par motor combinado del motor y la variación de la pendiente de la carretera (la perturbación). La velocidad del automóvil (estado) se mide mediante un velocímetro . La señal de error es la diferencia entre la velocidad medida por el velocímetro y la velocidad objetivo (punto de ajuste). El controlador interpreta la velocidad para ajustar el acelerador, regulando el flujo de combustible al motor (el efector). El cambio resultante en el par motor, la retroalimentación, se combina con el par generado por la variación de la pendiente para reducir el error de velocidad, minimizando así la variación de la pendiente.

Los términos "positivo" y "negativo" se aplicaron por primera vez a la retroalimentación antes de la Segunda Guerra Mundial. La idea de la retroalimentación positiva ya existía en la década de 1920, cuando se creó el circuito regenerativo . [ 13 ] Friis y Jensen (1924) describieron este circuito en un conjunto de amplificadores electrónicos como un caso en el que la acción de "retroalimentación" es positiva, en contraste con la acción de retroalimentación negativa, que mencionaron solo de pasada. [ 14 ] El clásico artículo de Harold Stephen Black de 1934 detalla por primera vez el uso de la retroalimentación negativa en amplificadores electrónicos. Según Black:

La retroalimentación positiva aumenta la ganancia del amplificador, la retroalimentación negativa la reduce. [ 15 ]

Según Mindell (2002), la confusión en los términos surgió poco después de esto:

 Friis y Jensen habían establecido la misma distinción que Black entre «retroalimentación positiva» y «retroalimentación negativa», basándose no en el signo de la retroalimentación en sí, sino en su efecto sobre la ganancia del amplificador. En cambio, Nyquist y Bode, al desarrollar el trabajo de Black, se refirieron a la retroalimentación negativa como aquella con el signo invertido. Black tuvo dificultades para convencer a otros de la utilidad de su invención, en parte debido a la confusión existente sobre cuestiones básicas de definición . [ 13 ] : 121

Incluso antes de que se utilizaran estos términos, James Clerk Maxwell había descrito su concepto a través de varios tipos de "movimientos componentes" asociados con los reguladores centrífugos utilizados en las máquinas de vapor. Distinguió aquellos que conducen a un aumento continuo de una perturbación o de la amplitud de una onda u oscilación, de aquellos que conducen a una disminución de la misma magnitud. [ 16 ]

Terminología

Los términos retroalimentación positiva y negativa se definen de diferentes maneras en diferentes disciplinas.

  1. el cambio de la brecha entre los valores de referencia y los valores reales de un parámetro o rasgo, según si la brecha se está ampliando (positiva) o reduciendo (negativa). [ 12 ]
  2. la valencia de la acción o efecto que altera la brecha, según si hace feliz (positivo) o infeliz (negativo) al receptor u observador. [ 17 ]

Las dos definiciones pueden resultar confusas, como cuando se utiliza un incentivo (recompensa) para mejorar un rendimiento deficiente (reducir una brecha). En referencia a la definición 1, algunos autores utilizan términos alternativos, reemplazando positivo y negativo por autorrefuerzo y autocorrección , [ 18 ] refuerzo y equilibrio , [ 19 ] mejora de la discrepancia y reducción de la discrepancia [ 20 ] o regenerativo y degenerativo [ 21 ] respectivamente. Y para la definición 2, algunos autores promueven describir la acción o el efecto como refuerzo positivo y negativo o castigo en lugar de retroalimentación. [ 12 ] [ 22 ] Sin embargo, incluso dentro de una misma disciplina, un ejemplo de retroalimentación puede denominarse positivo o negativo, dependiendo de cómo se midan o se referencien los valores. [ 23 ]

Esta confusión puede surgir porque la retroalimentación puede usarse para proporcionar información o motivar , y a menudo tiene un componente tanto cualitativo como cuantitativo . Como lo expresaron Connellan y Zemke (1993):

La retroalimentación cuantitativa nos indica cuánto y cuántos. La retroalimentación cualitativa nos indica si es buena, mala o indiferente. [ 24 ] : 102

Limitaciones de la retroalimentación negativa y positiva

Si bien los sistemas simples a veces pueden describirse como de un tipo u otro, muchos sistemas con bucles de retroalimentación no pueden encajar a la fuerza en ninguno de los dos tipos, y esto es especialmente cierto cuando hay varios bucles presentes.

Cuando solo hay dos partes unidas de manera que cada una afecta a la otra, las propiedades de la retroalimentación proporcionan información importante y útil sobre las propiedades del conjunto. Pero cuando las partes aumentan a tan solo cuatro, si cada una afecta a las otras tres, entonces se pueden trazar veinte circuitos a través de ellas; y conocer las propiedades de los veinte circuitos no proporciona información completa sobre el sistema. [ 11 ] : 54

Otros tipos de retroalimentación

En general, los sistemas de retroalimentación pueden tener muchas señales retroalimentadas, y los bucles de retroalimentación con frecuencia contienen mezclas de retroalimentación positiva y negativa, donde la retroalimentación positiva y negativa pueden predominar en diferentes frecuencias o en diferentes puntos del espacio de estados de un sistema.

El término retroalimentación bipolar se ha acuñado para referirse a sistemas biológicos donde los sistemas de retroalimentación positiva y negativa pueden interactuar, de modo que la salida de uno afecta la entrada del otro, y viceversa. [ 25 ]

Algunos sistemas con retroalimentación pueden presentar comportamientos muy complejos, como comportamientos caóticos en sistemas no lineales, mientras que otros tienen comportamientos mucho más predecibles, como los que se utilizan para fabricar y diseñar sistemas digitales.

La retroalimentación se utiliza ampliamente en los sistemas digitales. Por ejemplo, los contadores binarios y dispositivos similares emplean retroalimentación, donde el estado actual y las entradas se utilizan para calcular un nuevo estado, que luego se retroalimenta y se sincroniza con el dispositivo para actualizarlo.

Aplicaciones

Matemáticas y sistemas dinámicos

La retroalimentación puede dar lugar a comportamientos increíblemente complejos. El conjunto de Mandelbrot (en negro) dentro de un entorno de color continuo se representa gráficamente retroalimentando repetidamente valores a través de una ecuación simple y registrando los puntos en el plano complejo que no divergen.

Mediante el uso de propiedades de retroalimentación, el comportamiento de un sistema puede modificarse para satisfacer las necesidades de una aplicación; los sistemas pueden volverse estables, reactivos o mantenerse constantes. Se demuestra que los sistemas dinámicos con retroalimentación experimentan una adaptación al borde del caos . [ 26 ]

Física

Los sistemas físicos presentan retroalimentación a través de las interacciones mutuas de sus partes. La retroalimentación también es relevante para la regulación de las condiciones experimentales, la reducción de ruido y el control de señales. [ 27 ] La termodinámica de los sistemas controlados por retroalimentación ha intrigado a los físicos desde el demonio de Maxwell , con avances recientes sobre las consecuencias para la reducción de la entropía y el aumento del rendimiento. [ 28 ] [ 29 ]

Biología

En sistemas biológicos como organismos , ecosistemas o la biosfera , la mayoría de los parámetros deben mantenerse bajo control dentro de un rango estrecho alrededor de un nivel óptimo bajo ciertas condiciones ambientales. La desviación del valor óptimo del parámetro controlado puede deberse a cambios en los entornos internos y externos. Un cambio en algunas de las condiciones ambientales también puede requerir un cambio en dicho rango para que el sistema funcione. El valor del parámetro a mantener es registrado por un sistema de recepción y transmitido a un módulo de regulación a través de un canal de información. Un ejemplo de esto son las oscilaciones de insulina .

Los sistemas biológicos contienen diversos tipos de circuitos reguladores, tanto positivos como negativos. Al igual que en otros contextos, los términos positivo y negativo no implican que la retroalimentación produzca efectos buenos o malos . Un circuito de retroalimentación negativa tiende a ralentizar un proceso, mientras que uno positivo tiende a acelerarlo. Las neuronas espejo forman parte de un sistema de retroalimentación social, donde el cerebro reproduce una acción observada , como si se tratara de una acción propia.

La integridad normal del tejido se preserva mediante interacciones de retroalimentación entre diversos tipos de células, mediadas por moléculas de adhesión y moléculas secretadas que actúan como mediadores; la falla de mecanismos clave de retroalimentación en el cáncer altera la función del tejido. [ 30 ] En un tejido lesionado o infectado, los mediadores inflamatorios provocan respuestas de retroalimentación en las células, que alteran la expresión génica y cambian los grupos de moléculas expresadas y secretadas, incluidas las moléculas que inducen a diversas células a cooperar y restaurar la estructura y función del tejido. Este tipo de retroalimentación es importante porque permite la coordinación de las respuestas inmunitarias y la recuperación de infecciones y lesiones. Durante el cáncer, fallan elementos clave de esta retroalimentación. Esto altera la función del tejido y la inmunidad. [ 31 ] [ 32 ]

Los mecanismos de retroalimentación se dilucidaron por primera vez en bacterias, donde un nutriente provoca cambios en algunas de sus funciones metabólicas. [ 33 ] La retroalimentación también es fundamental para el funcionamiento de los genes y las redes de regulación génica . Las proteínas represoras (véase el represor Lac ) y activadoras se utilizan para crear operones genéticos , que fueron identificados por François Jacob y Jacques Monod en 1961 como bucles de retroalimentación . [ 34 ] Estos bucles de retroalimentación pueden ser positivos (como en el caso del acoplamiento entre una molécula de azúcar y las proteínas que importan azúcar a una célula bacteriana) o negativos (como suele ser el caso en el consumo metabólico ).

A mayor escala, la retroalimentación puede tener un efecto estabilizador en las poblaciones animales incluso cuando se ven profundamente afectadas por cambios externos, aunque los retrasos en la respuesta de retroalimentación pueden dar lugar a ciclos depredador-presa . [ 35 ]

En zimología , la retroalimentación sirve como regulación de la actividad de una enzima por su (s) producto(s) directo(s) o metabolito(s) posterior(es) en la vía metabólica (véase Regulación alostérica ).

El eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenal está controlado en gran medida por mecanismos de retroalimentación positiva y negativa, muchos de los cuales aún se desconocen.

En psicología , el cuerpo recibe un estímulo del entorno o interno que provoca la liberación de hormonas . Esta liberación hormonal puede, a su vez, provocar la liberación de más hormonas, creando un ciclo de retroalimentación positiva. Este ciclo también se observa en ciertos comportamientos. Por ejemplo, los "bucles de vergüenza" se dan en personas que se sonrojan con facilidad. Al darse cuenta de que se están sonrojando, se avergüenzan aún más, lo que provoca que se sonrojen aún más, y así sucesivamente. [ 36 ]

Ciencia climática

Algunos efectos del calentamiento global pueden potenciar ( retroalimentación positiva ) o inhibir ( retroalimentación negativa ) el calentamiento. [ 37 ] [ 38 ]

El sistema climático se caracteriza por fuertes bucles de retroalimentación positiva y negativa entre los procesos que afectan el estado de la atmósfera, el océano y la tierra. Un ejemplo sencillo es el bucle de retroalimentación positiva hielo-albedo, en el que el deshielo expone más suelo oscuro (de menor albedo ), que a su vez absorbe calor y provoca que se derrita más nieve.

Teoría de control

La retroalimentación se utiliza ampliamente en la teoría de control, empleando diversos métodos, incluyendo el espacio de estados (controles) , la retroalimentación de estado completo , etc. En el contexto de la teoría de control, tradicionalmente se asume que "retroalimentación" especifica "retroalimentación negativa". [ 39 ]

El controlador de propósito general más común que utiliza un mecanismo de retroalimentación de bucle de control es un controlador proporcional-integral-derivativo (PID). Heurísticamente, los términos de un controlador PID pueden interpretarse como correspondientes al tiempo: el término proporcional depende del error presente , el término integral de la acumulación de errores pasados ​​y el término derivativo es una predicción del error futuro , basada en la tasa de cambio actual. [ 40 ]

Educación

Para obtener retroalimentación en el contexto educativo, consulte la sección de retroalimentación correctiva .

Ingeniería Mecánica

En la antigüedad, la válvula de flotador se utilizaba para regular el flujo de agua en los relojes de agua griegos y romanos ; válvulas de flotador similares se utilizan para regular el combustible en un carburador y también para regular el nivel de agua del tanque en el inodoro con descarga .

El inventor holandés Cornelius Drebbel (1572-1633) construyó termostatos (hacia 1620) para controlar la temperatura de las incubadoras de pollos y los hornos químicos. En 1745, el herrero Edmund Lee mejoró el molino de viento, añadiéndole una cola de abanico para que la cara del molino apuntara hacia el viento. En 1787, Tom Mead reguló la velocidad de rotación de un molino de viento utilizando un péndulo centrífugo para ajustar la distancia entre la piedra base y la piedra móvil (es decir, para ajustar la carga).

El uso del regulador centrífugo por James Watt en 1788 para regular la velocidad de su máquina de vapor fue un factor que condujo a la Revolución Industrial . Las máquinas de vapor también utilizan válvulas de flotador y válvulas de alivio de presión como dispositivos de regulación mecánica. James Clerk Maxwell realizó un análisis matemático del regulador de Watt en 1868. [ 16 ]

El Great Eastern fue uno de los mayores buques de vapor de su época y empleaba un timón a vapor con un mecanismo de retroalimentación diseñado en 1866 por John McFarlane Gray . Joseph Farcot acuñó el término «servo» en 1873 para describir los sistemas de dirección a vapor. Posteriormente, se utilizaron servomotores hidráulicos para posicionar cañones. Elmer Ambrose Sperry, de la Sperry Corporation, diseñó el primer piloto automático en 1912. Nicolas Minorsky publicó un análisis teórico de la dirección automática de buques en 1922 y describió el controlador PID . [ 41 ]

Los motores de combustión interna de finales del siglo XX empleaban mecanismos de retroalimentación mecánica, como el avance de encendido por vacío , pero esta retroalimentación mecánica fue reemplazada por sistemas electrónicos de gestión del motor una vez que los microcontroladores de un solo chip, pequeños, robustos y potentes, se volvieron asequibles.

Ingeniería electrónica

La forma más simple de un amplificador de retroalimentación se puede representar mediante el diagrama de bloques ideal compuesto por elementos unilaterales . [ 42 ]

El uso de la retroalimentación está muy extendido en el diseño de componentes electrónicos como amplificadores , osciladores y elementos de circuitos lógicos con estado , como biestables y contadores . Los sistemas de retroalimentación electrónica también se utilizan con mucha frecuencia para controlar procesos mecánicos, térmicos y otros procesos físicos.

Si la señal se invierte en su recorrido por el bucle de control, se dice que el sistema tiene retroalimentación negativa ; [ 43 ] de lo contrario, se dice que la retroalimentación es positiva . La retroalimentación negativa se introduce a menudo deliberadamente para aumentar la estabilidad y la precisión de un sistema corrigiendo o reduciendo la influencia de cambios no deseados. Este esquema puede fallar si la entrada cambia más rápido de lo que el sistema puede responder a ella. Cuando esto sucede, el retraso en la llegada de la señal correctora puede resultar en una sobrecorrección, lo que provoca que la salida oscile o "cabile". [ 44 ] Si bien suele ser una consecuencia no deseada del comportamiento del sistema, este efecto se utiliza deliberadamente en osciladores electrónicos.

Harry Nyquist, de los Laboratorios Bell, desarrolló el criterio de estabilidad de Nyquist para determinar la estabilidad de los sistemas de retroalimentación. Un método más sencillo, aunque menos general, consiste en utilizar los diagramas de Bode, desarrollados por Hendrik Bode, para determinar el margen de ganancia y el margen de fase . El diseño para garantizar la estabilidad suele implicar la compensación de frecuencia para controlar la ubicación de los polos del amplificador.

Los bucles de retroalimentación electrónica se utilizan para controlar la salida de dispositivos electrónicos , como amplificadores . Un bucle de retroalimentación se crea cuando la salida, total o parcialmente, se realimenta a la entrada. Se dice que un dispositivo opera en bucle abierto si no se utiliza retroalimentación de salida y en bucle cerrado si se utiliza. [ 45 ]

Cuando dos o más amplificadores se acoplan mediante retroalimentación positiva, se pueden generar comportamientos complejos. Estos multivibradores son ampliamente utilizados e incluyen:

  • circuitos astables, que actúan como osciladores
  • circuitos monoestables, que pueden ser llevados a un estado y volverán al estado estable después de algún tiempo.
  • circuitos biestables, que tienen dos estados estables entre los que se puede conmutar el circuito

Retroalimentación negativa

La retroalimentación negativa ocurre cuando la señal de salida realimentada tiene una fase relativa de 180° con respecto a la señal de entrada (invertida). Esta situación a veces se denomina fuera de fase , pero ese término también se usa para indicar otras separaciones de fase, como en "90° fuera de fase". La retroalimentación negativa se puede usar para corregir errores de salida o para desensibilizar un sistema a fluctuaciones no deseadas. [ 46 ] En los amplificadores de retroalimentación, esta corrección generalmente es para reducir la distorsión de la forma de onda [ 47 ] o para establecer un nivel de ganancia específico . Una expresión general para la ganancia de un amplificador de retroalimentación negativa es el modelo de ganancia asintótica .

Comentarios positivos

La retroalimentación positiva se produce cuando la señal de realimentación está en fase con la señal de entrada. Bajo ciertas condiciones de ganancia, la retroalimentación positiva refuerza la señal de entrada hasta el punto en que la salida del dispositivo oscila entre sus estados máximo y mínimo posibles. La retroalimentación positiva también puede introducir histéresis en un circuito, lo que puede provocar que este ignore señales débiles y responda únicamente a señales fuertes. En ocasiones, se utiliza para eliminar el ruido de una señal digital. En algunas circunstancias, la retroalimentación positiva puede provocar que un dispositivo se bloquee, es decir, que alcance una condición en la que la salida se encuentra fija en su estado máximo o mínimo. Este hecho se utiliza ampliamente en la electrónica digital para crear circuitos biestables para el almacenamiento volátil de información.

Los fuertes chillidos que a veces se producen en sistemas de refuerzo de sonido , megafonía y música rock se conocen como retroalimentación de audio . Si un micrófono se encuentra frente al altavoz al que está conectado, el sonido que capta sale del altavoz, es captado por el micrófono y amplificado. Si la ganancia del bucle es suficiente, es posible que se produzcan aullidos o chillidos a la máxima potencia del amplificador.

Ganancia de bucle

La ganancia de bucle es la suma de las ganancias , expresadas como una relación o en decibelios , alrededor de un bucle de retroalimentación. En un bucle de retroalimentación, la salida de un dispositivo, proceso o planta se muestrea y se aplica para modificar la entrada, con el fin de controlar mejor la salida. La ganancia de bucle, junto con el concepto relacionado de desfase de bucle , determina el comportamiento del dispositivo, y en particular si la salida es estable o inestable, lo que puede provocar oscilaciones . La importancia de la ganancia de bucle como parámetro para caracterizar los amplificadores de retroalimentación electrónicos fue reconocida por primera vez por Heinrich Barkhausen en 1921, y desarrollada posteriormente por Hendrik Wade Bode y Harry Nyquist en los Laboratorios Bell en la década de 1930.

La señal de entrada se aplica al amplificador con ganancia de lazo abierto A y se amplifica. La salida del amplificador se aplica a una red de realimentación con ganancia B y se resta de la entrada del amplificador. La ganancia de lazo es el producto de todas las ganancias del lazo. En el diagrama mostrado, la ganancia de lazo es el producto de las ganancias del amplificador y la red de realimentación, −AB . El signo negativo se debe a que la señal de realimentación se resta de la entrada.

Las ganancias A y B , y por lo tanto la ganancia de bucle, generalmente varían con la frecuencia de la señal de entrada, por lo que se suelen expresar como funciones de la frecuencia angular ω en radianes por segundo . A menudo se representa gráficamente con la frecuencia ω en el eje horizontal y la ganancia en el eje vertical. En los amplificadores, la ganancia de bucle es la diferencia entre la curva de ganancia de bucle abierto y la curva de ganancia de bucle cerrado (en realidad, la curva 1/B) en una escala de dB. [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]

Oscilador

Un oscilador de relajación popular con amplificador operacional

Un oscilador electrónico es un circuito electrónico que produce una señal electrónica periódica y oscilante , a menudo una onda sinusoidal o cuadrada . [ 51 ] [ 52 ] Los osciladores convierten la corriente continua (CC) de una fuente de alimentación en una señal de corriente alterna . Se utilizan ampliamente en muchos dispositivos electrónicos. Ejemplos comunes de señales generadas por osciladores incluyen las señales transmitidas por radio y televisión , las señales de reloj que regulan las computadoras y los relojes de cuarzo , y los sonidos producidos por los buscapersonas electrónicos y los videojuegos . [ 51 ]

Los osciladores suelen caracterizarse por la frecuencia de su señal de salida:

  • Un oscilador de baja frecuencia (LFO, por sus siglas en inglés) es un oscilador electrónico que genera una frecuencia inferior a ≈20  Hz. Este término se utiliza habitualmente en el campo de los sintetizadores de audio para distinguirlo de un oscilador de frecuencia de audio.
  • Un oscilador de audio produce frecuencias en el rango de audio , aproximadamente de 16  Hz a 20  kHz. [ 52 ]
  • Un oscilador de RF produce señales en el rango de radiofrecuencia (RF) de aproximadamente 100  kHz a 100  GHz. [ 52 ]

Los osciladores diseñados para producir una salida de CA de alta potencia a partir de una fuente de alimentación de CC se denominan generalmente inversores .

Existen dos tipos principales de osciladores electrónicos: el oscilador lineal o armónico y el oscilador no lineal o de relajación . [ 52 ] [ 53 ]

Pestillos y chanclas

Un contador de anillo de 4 bits que utiliza biestables tipo D.

Un biestable o flip-flop es un circuito con dos estados estables que se utiliza para almacenar información de estado. Generalmente se construyen mediante retroalimentación cruzada entre dos ramas del circuito, lo que le confiere un estado. El circuito puede cambiar de estado mediante señales aplicadas a una o más entradas de control y tendrá una o dos salidas. Es el elemento de almacenamiento básico en la lógica secuencial . Los biestables y flip-flops son componentes fundamentales de los sistemas electrónicos digitales utilizados en computadoras, comunicaciones y muchos otros tipos de sistemas.

Los biestables y los flip-flops se utilizan como elementos de almacenamiento de datos. Este almacenamiento se puede emplear para guardar el estado , y dicho circuito se denomina lógica secuencial . En una máquina de estados finitos , la salida y el siguiente estado dependen no solo de la entrada actual, sino también del estado actual (y, por lo tanto, de las entradas anteriores). También se puede utilizar para contar pulsos y para sincronizar señales de entrada con temporización variable con una señal de referencia.

Los biestables pueden ser simples (transparentes u opacos) o síncronos (activados por flanco o activados por flanco). Si bien el término biestable se ha referido históricamente de forma genérica tanto a circuitos simples como síncronos, en el uso moderno es común reservarlo exclusivamente para hablar de circuitos síncronos; los simples se denominan comúnmente pestillos . [ 54 ] [ 55 ]

En esta terminología, un pestillo es sensible al nivel, mientras que un flip-flop es sensible al flanco. Es decir, cuando un pestillo está activado, se vuelve transparente, mientras que la salida de un flip-flop solo cambia con un único tipo de flanco de reloj (positivo o negativo).

Software

Los bucles de retroalimentación proporcionan mecanismos genéricos para controlar la ejecución, el mantenimiento y la evolución de software y sistemas informáticos. [ 56 ] Los bucles de retroalimentación son modelos importantes en la ingeniería de software adaptativo, ya que definen el comportamiento de las interacciones entre los elementos de control durante el proceso de adaptación, para garantizar las propiedades del sistema en tiempo de ejecución. Los bucles de retroalimentación y los fundamentos de la teoría de control se han aplicado con éxito a los sistemas informáticos. [ 57 ] En particular, se han aplicado al desarrollo de productos como IBM Db2 e IBM Tivoli . Desde una perspectiva de software, el bucle autónomo (MAPE, monitor analyze plan execute) propuesto por investigadores de IBM es otra valiosa contribución a la aplicación de bucles de retroalimentación al control de propiedades dinámicas y al diseño y evolución de sistemas de software autónomos. [ 58 ] [ 59 ]

Desarrollo de software

Diseño de interfaz de usuario

La retroalimentación también es un principio de diseño útil para el diseño de interfaces de usuario .

Comentarios en vídeo

La retroalimentación de vídeo es el equivalente en vídeo de la retroalimentación acústica . Implica un bucle entre la entrada de una cámara de vídeo y una salida de vídeo, por ejemplo, una pantalla de televisión o un monitor . Al apuntar la cámara hacia la pantalla, se produce una imagen de vídeo compleja basada en la retroalimentación. [ 60 ]

gestión de recursos humanos

Véase también

Referencias

  1. ↑ Andrew Ford (2010). «Capítulo 9: Retroalimentación de información y diagramas de bucles causales» . Modelado del entorno . Island Press. págs.  99 y siguientes . ISBN 978-1-61091-425-3Este capítulo describe diagramas de bucles causales para representar la retroalimentación de información en un sistema. El término «causal» se refiere a las relaciones de causa y efecto. El término « bucle» se refiere a una cadena cerrada de causa y efecto que genera la retroalimentación.
  2. ↑ "feedback" . Merriam-Webster . Consultado el 1 de enero de 2022 .
  3. ↑ Karl Johan Åström; Richard M. Murray (2008). "§1.1: ¿Qué es la retroalimentación?" . Sistemas de retroalimentación: Una introducción para científicos e ingenieros . Princeton University Press. pág. 1. ISBN  978-1-4008-2873-9.La versión en línea se encuentra aquí .
  4. ↑ Otto Mayr (1989). Autoridad, libertad y maquinaria automática en la Europa moderna temprana . Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0-8018-3939-9.
  5. 1 2 Moloney, Jules (2011). Diseño cinético para fachadas arquitectónicas . Routledge. ISBN 978-0-415-61034-6.
  6. ↑ Maxwell, James Clerk (1868). "Sobre los gobernadores". Actas de la Real Sociedad de Londres . 16 (16): 270– 283. doi : 10.1098/rspl.1867.0055 . JSTOR 112510 . 
  7. ↑ "Hasta ahora... ha sido necesario invertir el movimiento de los rodillos, provocando así que el material se desplace o retroceda..." HH Cole, "Mejora en máquinas de ranurado", Patente estadounidense 55,469 (1866) consultada el 23 de marzo de 2012.
  8. ↑ "Cuando se corta el muñón o husillo... y el carro está a punto de retroceder por un cambio de la tuerca seccional o rebaba en los ejes de los tornillos, el operador sujeta la manija..." JM Jay, "Mejora en máquinas para fabricar husillos de ejes de vagones", Patente estadounidense 47,769 (1865) consultada el 23 de marzo de 2012.
  9. ↑ "...en la medida de lo posible, el circuito no tiene retroalimentación en el sistema que se está investigando." Karl Ferdinand Braun, "Oscilaciones eléctricas y telegrafía inalámbrica" , Conferencia Nobel, 11 de diciembre de 1909. Consultado el 19 de marzo de 2012.
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Lecturas adicionales

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  • Korotayev A. , Malkov A., Khaltourina D. Introducción a la macrodinámica social: ciclos seculares y tendencias milenarias. Moscú: URSS, 2006. ISBN 5-484-00559-0
  • Dijk, E., Cremer, DD, Mulder, LB y Stouten, J. "¿Cómo reaccionamos a la retroalimentación en los dilemas sociales?" En Biel, Eek, Garling y Gustafsson, (eds.), Nuevos temas y paradigmas en la investigación sobre dilemas sociales , Nueva York: Springer, 2008.
  • Ganancia de bucle y sus efectos en el rendimiento de los circuitos analógicos
  • En busca de la estabilidad de pequeña señal. Revista IEEE Circuits and Devices, vol. 17, n.º 1, págs. 31-41, enero de 2001.
  • Logotipo de Wikimedia CommonsContenido multimedia relacionado con la función de comentarios en Wikimedia Commons.
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