Retroalimentación negativa

Reutilización de la producción para estabilizar un sistema.

Un sistema de retroalimentación negativa simple es descriptivo, por ejemplo, de algunos amplificadores electrónicos. La retroalimentación es negativa si la ganancia del bucle AB es negativa.

La retroalimentación negativa (o retroalimentación de equilibrio ) ocurre cuando alguna función de la salida de un sistema, proceso o mecanismo se retroalimenta de una manera que tiende a reducir las fluctuaciones en la salida, ya sea causadas por cambios en la entrada o por otras perturbaciones. Un ejemplo clásico de retroalimentación negativa es el termostato de un sistema de calefacción: cuando la temperatura sube lo suficiente, el calentador se apaga. Cuando la temperatura baja demasiado, se vuelve a encender la calefacción. En cada caso, la "retroalimentación" generada por el termostato "niega" la tendencia.

La tendencia opuesta, llamada retroalimentación positiva , es cuando una tendencia se refuerza positivamente, creando amplificación, como el bucle chirriante de "retroalimentación" que puede ocurrir cuando un micrófono se acerca demasiado a un altavoz, lo que amplifica los mismos sonidos que el micrófono está captando. o el calentamiento descontrolado y la fusión final de un reactor nuclear.

Mientras que la retroalimentación positiva tiende a conducir a la inestabilidad a través de un crecimiento exponencial , oscilación o comportamiento caótico , la retroalimentación negativa generalmente promueve la estabilidad. La retroalimentación negativa tiende a promover el establecimiento del equilibrio y reduce los efectos de las perturbaciones. Los bucles de retroalimentación negativa en los que se aplica la cantidad justa de corrección en el momento óptimo pueden ser muy estables, precisos y receptivos.

La retroalimentación negativa se usa ampliamente en la ingeniería mecánica y electrónica , y también dentro de los organismos vivos, ^{[1] [2]} y se puede ver en muchos otros campos, desde la química y la economía hasta los sistemas físicos como el clima. Los sistemas generales de retroalimentación negativa se estudian en la ingeniería de sistemas de control .

Los circuitos de retroalimentación negativa también desempeñan un papel integral en el mantenimiento del equilibrio atmosférico en varios sistemas de la Tierra. Uno de esos sistemas de retroalimentación es la interacción entre la radiación solar , la cobertura de nubes y la temperatura del planeta.

Los niveles de glucosa en sangre se mantienen constantes en el cuerpo mediante un mecanismo de retroalimentación negativa. Cuando el nivel de glucosa en sangre es demasiado alto, el páncreas secreta insulina y cuando el nivel es demasiado bajo, el páncreas secreta glucagón. La línea plana que se muestra representa el punto de ajuste homeostático. La línea sinusoidal representa el nivel de glucosa en sangre.

Descripción general

Bucles de retroalimentación en el cuerpo humano.

En muchos sistemas físicos y biológicos pueden oponerse influencias cualitativamente diferentes. Por ejemplo, en bioquímica, un conjunto de sustancias químicas impulsa el sistema en una dirección determinada, mientras que otro conjunto de sustancias químicas lo impulsa en una dirección opuesta. Si una o ambas de estas influencias opuestas no son lineales, se obtienen puntos de equilibrio.

En biología , este proceso (en general, bioquímico ) suele denominarse homeostasis ; mientras que en mecánica el término más común es equilibrio .

En ingeniería , matemáticas y ciencias físicas y biológicas, los términos comunes para los puntos alrededor de los cuales gravita el sistema incluyen: atractores, estados estables , estados propios/funciones propias, puntos de equilibrio y puntos de ajuste .

En teoría del control , negativo se refiere al signo del multiplicador en los modelos matemáticos de retroalimentación. En notación delta, la salida −Δ se agrega o se mezcla con la entrada. En los sistemas multivariados, los vectores ayudan a ilustrar cómo varias influencias pueden complementarse parcialmente y oponerse parcialmente entre sí. ^[3]

Algunos autores, en particular con respecto al modelado de sistemas empresariales , utilizan negativo para referirse a la reducción de la diferencia entre el comportamiento deseado y real de un sistema. ^{[4] [5]} En un contexto de psicología, por otro lado, negativo se refiere a la valencia de la retroalimentación: atractivo versus aversivo, o elogio versus crítica. ^[6]

Por el contrario, la retroalimentación positiva es una retroalimentación en la que el sistema responde para aumentar la magnitud de cualquier perturbación particular, lo que resulta en una amplificación de la señal original en lugar de una estabilización. Cualquier sistema en el que haya retroalimentación positiva junto con una ganancia mayor que uno dará como resultado una situación desbocada. Tanto la retroalimentación positiva como la negativa requieren un circuito de retroalimentación para funcionar.

Sin embargo, los sistemas de retroalimentación negativa aún pueden estar sujetos a oscilaciones . Esto se debe a un cambio de fase alrededor de cualquier bucle. Debido a estos cambios de fase, la señal de retroalimentación de algunas frecuencias puede finalmente ponerse en fase con la señal de entrada y, por lo tanto, convertirse en retroalimentación positiva, creando una condición descontrolada. Incluso antes del punto en el que el cambio de fase sea de 180 grados, la estabilidad del circuito de retroalimentación negativa se verá comprometida, lo que provocará un aumento de sobreimpulsos y subimpulsos después de una perturbación. Este problema a menudo se soluciona atenuando o cambiando la fase de las frecuencias problemáticas en un paso de diseño llamado compensación. A menos que el sistema tenga naturalmente suficiente amortiguación, muchos sistemas de retroalimentación negativa tienen instalados filtros de paso bajo o amortiguadores .

Ejemplos

• Los termostatos de mercurio (alrededor de 1600) que utilizaban la expansión y contracción de columnas de mercurio en respuesta a los cambios de temperatura se utilizaron en sistemas de retroalimentación negativa para controlar las rejillas de ventilación de los hornos, manteniendo una temperatura interna estable.
• En la mano invisible de la metáfora del mercado de la teoría económica (1776), las reacciones a los movimientos de precios proporcionan un mecanismo de retroalimentación para igualar la oferta y la demanda .
• En los gobernadores centrífugos (1788), la retroalimentación negativa se utiliza para mantener una velocidad casi constante de un motor, independientemente de la carga o las condiciones de suministro de combustible.
• En un motor de dirección (1866), la asistencia eléctrica se aplica al timón con un circuito de retroalimentación, para mantener la dirección establecida por el timonel.
• En los servomecanismos , la velocidad o posición de una salida, determinada por un sensor , se compara con un valor establecido, y cualquier error se reduce mediante retroalimentación negativa en la entrada.
• En los amplificadores de audio , la retroalimentación negativa aplana la respuesta de frecuencia , reduce la distorsión , minimiza el efecto de las variaciones de fabricación en los parámetros de los componentes y compensa los cambios en las características debido al cambio de temperatura.
• En la informática analógica , la retroalimentación alrededor de los amplificadores operacionales se utiliza para generar funciones matemáticas como suma , resta , integración , diferenciación , logaritmo y funciones antilogarítmicas .
• En los convertidores delta-sigma de analógico a digital y de digital a analógico (particularmente para audio de alta calidad ), se utiliza un bucle de retroalimentación negativa para corregir repetidamente el error de cuantificación acumulado durante la conversión.
• En un bucle de fase bloqueada (1932), la retroalimentación se utiliza para mantener una forma de onda alterna generada en una fase constante con respecto a una señal de referencia. En muchas implementaciones, la forma de onda generada es la salida, pero cuando se usa como demodulador en un receptor de radio FM , el voltaje de retroalimentación de error sirve como señal de salida demodulada. Si hay un divisor de frecuencia entre la forma de onda generada y el comparador de fase, el dispositivo actúa como multiplicador de frecuencia .
• En los organismos , la retroalimentación permite mantener diversas medidas (por ejemplo, la temperatura corporal o el nivel de azúcar en sangre ) dentro de un rango deseado mediante procesos homeostáticos .

Implementaciones detalladas

Regulación controlada por errores

Bucle regulador básico controlado por errores

Un regulador R ajusta la entrada a un sistema T de modo que las variables esenciales monitoreadas E se mantengan en valores de punto de ajuste S que dan como resultado la salida deseada del sistema a pesar de las perturbaciones D. ^{[1] [7]}

Un uso de la retroalimentación es hacer que un sistema (digamos T ) se autorregula para minimizar el efecto de una perturbación (digamos D ). Usando un circuito de retroalimentación negativa, una medición de alguna variable (por ejemplo, una variable de proceso , digamos E ) se resta de un valor requerido (el 'punto de ajuste' ) para estimar un error operativo en el estado del sistema, que luego es utilizado por un regulador (digamos R ) para reducir la brecha entre la medición y el valor requerido. ^{[8] [9]} El regulador modifica la entrada al sistema T según su interpretación del error en el estado del sistema. Este error puede ser introducido por una variedad de posibles perturbaciones o "trastornos", algunos lentos y otros rápidos. ^[10] La regulación en tales sistemas puede variar desde un simple control de encendido y apagado hasta un procesamiento más complejo de la señal de error. ^[11]

En este marco, la forma física de una señal puede sufrir múltiples transformaciones. Por ejemplo, un cambio de clima puede causar una perturbación en la entrada de calor a una casa (como un ejemplo del sistema T ) que es monitoreado por un termómetro como un cambio de temperatura (como un ejemplo de una 'variable esencial' E ) . Esta cantidad, entonces, es convertida por el termostato (un 'comparador') en un error eléctrico en el estado en comparación con el 'punto de ajuste' S , y posteriormente utilizada por el regulador (que contiene un 'controlador' que controla las válvulas de control de gas y un encendedor) para, en última instancia, cambiar el calor proporcionado por un horno (un 'efector') para contrarrestar la perturbación inicial relacionada con el clima en la entrada de calor a la casa. ^[12]

La regulación controlada por errores generalmente se lleva a cabo mediante un controlador proporcional-integral-derivativo ( controlador PID ). La señal del regulador se deriva de una suma ponderada de la señal de error, la integral de la señal de error y la derivada de la señal de error. Los pesos de los respectivos componentes dependen de la aplicación. ^[13]

Matemáticamente, la señal del regulador viene dada por:

${\displaystyle \mathrm {MV(t)} =K_{p}\left(\,{e(t)}+{\frac {1}{T_{i}}}\int _{0}^{t}{e(\tau )}\,{d\tau }+T_{d}{\frac {d}{dt}}e(t)\right)}$

dónde

${\displaystyle T_{i}}$ es el tiempo integral

${\displaystyle T_{d}}$ es el tiempo derivado

Amplificador de retroalimentación negativa

El amplificador de retroalimentación negativa fue inventado por Harold Stephen Black en Bell Laboratories en 1927 y se le concedió una patente en 1937 (patente de EE. UU. 2.102.671) ^[14] "una continuación de la solicitud número de serie 298.155, presentada el 8 de agosto de 1928 ...") . ^{[15] [16]}

"La patente tiene 52 páginas más 35 páginas de figuras. ¡Las primeras 43 páginas equivalen a un pequeño tratado sobre amplificadores de realimentación!" ^[dieciséis]

La retroalimentación en los amplificadores tiene muchas ventajas. ^[17] En el diseño, el tipo y la cantidad de retroalimentación se seleccionan cuidadosamente para sopesar y optimizar estos diversos beneficios.

Ventajas de la retroalimentación de voltaje negativo en amplificadores.

1. Reduce la distorsión no lineal, es decir, tiene mayor fidelidad.
2. Aumenta la estabilidad del circuito: es decir, la ganancia permanece estable aunque haya variaciones en la temperatura ambiente, la frecuencia y la amplitud de la señal.
3. Aumenta ligeramente el ancho de banda.
4. Modifica las impedancias de entrada y salida.
5. Las distorsiones armónicas, de fase, de amplitud y de frecuencia se reducen considerablemente.
6. El ruido se reduce considerablemente.

Aunque la retroalimentación negativa tiene muchas ventajas, los amplificadores con retroalimentación pueden oscilar . Consulte el artículo sobre respuesta escalonada . Incluso pueden presentar inestabilidad . Harry Nyquist de Bell Laboratories propuso el criterio de estabilidad de Nyquist y el gráfico de Nyquist que identifican sistemas de retroalimentación estables, incluidos amplificadores y sistemas de control.

Amplificador de retroalimentación negativa con perturbación externa. ^[18] La retroalimentación es negativa si β A  >0.

La figura muestra un diagrama de bloques simplificado de un amplificador de retroalimentación negativa .

La retroalimentación establece la ganancia general (bucle cerrado) del amplificador en un valor:

${\displaystyle {\frac {O}{I}}={\frac {A}{1+\beta A}}\approx {\frac {1}{\beta }}\ ,}$

donde el valor aproximado supone β A >> 1. Esta expresión muestra que una ganancia mayor que uno requiere β < 1. Debido a que la ganancia aproximada 1/β es independiente de la ganancia de bucle abierto A , se dice que la retroalimentación "desensibiliza" la ganancia de bucle cerrado a variaciones en A (por ejemplo, debido a variaciones de fabricación entre unidades o efectos de temperatura sobre los componentes), siempre que la ganancia A sea suficientemente grande. ^[19] En este contexto, el factor (1+β A ) a menudo se denomina 'factor de desensibilidad', ^{[20] [21]} y en el contexto más amplio de los efectos de retroalimentación que incluyen otras cuestiones como la impedancia eléctrica y el ancho de banda , el ' factor de mejora'. ^[22]

Si se incluye la perturbación D , la salida del amplificador se convierte en:

${\displaystyle O={\frac {AI}{1+\beta A}}+{\frac {D}{1+\beta A}}\ ,}$

lo que muestra que la retroalimentación reduce el efecto de la perturbación por el 'factor de mejora' (1+β A ). La perturbación D puede surgir de fluctuaciones en la salida del amplificador debido al ruido y la no linealidad (distorsión) dentro de este amplificador, o de otras fuentes de ruido como las fuentes de alimentación. ^{[23] [24]}

La señal de diferencia I –β O en la entrada del amplificador a veces se denomina "señal de error". ^[25] Según el diagrama, la señal de error es:

${\displaystyle {\text{Error signal}}=I-\beta O=I\left(1-\beta {\frac {O}{I}}\right)={\frac {I}{1+\beta A}}-{\frac {\beta D}{1+\beta A}}\ .}$

A partir de esta expresión, se puede ver que un 'factor de mejora' grande (o una ganancia de bucle grande β A ) tiende a mantener pequeña esta señal de error.

Aunque el diagrama ilustra los principios del amplificador de retroalimentación negativa, modelar un amplificador real como un bloque de amplificación directa unilateral y un bloque de retroalimentación unilateral tiene limitaciones significativas. ^[26] Para métodos de análisis que no hacen estas idealizaciones, consulte el artículo Amplificador de retroalimentación negativa .

Circuitos amplificadores operacionales.

Un amplificador de voltaje de retroalimentación que utiliza un amplificador operacional con ganancia finita pero impedancias de entrada infinitas e impedancia de salida cero. ^[27]

El amplificador operacional se desarrolló originalmente como un bloque de construcción para la construcción de computadoras analógicas , pero ahora se usa casi universalmente en todo tipo de aplicaciones, incluidos equipos de audio y sistemas de control .

Los circuitos amplificadores operacionales suelen emplear retroalimentación negativa para obtener una función de transferencia predecible. Dado que la ganancia de bucle abierto de un amplificador operacional es extremadamente grande, una pequeña señal de entrada diferencial conduciría la salida del amplificador a un riel u otro en ausencia de retroalimentación negativa. Un ejemplo simple del uso de retroalimentación es el amplificador de voltaje del amplificador operacional que se muestra en la figura.

El modelo idealizado de un amplificador operacional supone que la ganancia es infinita, la impedancia de entrada es infinita, la resistencia de salida es cero y las corrientes y voltajes de compensación de entrada son cero. Un amplificador ideal de este tipo no extrae corriente del divisor de resistencia. ^[28] Ignorando la dinámica (efectos transitorios y retardo de propagación ), la ganancia infinita del amplificador operacional ideal significa que este circuito de retroalimentación lleva la diferencia de voltaje entre las dos entradas del amplificador operacional a cero. ^[28] En consecuencia, la ganancia de voltaje del circuito en el diagrama, suponiendo un amplificador operacional ideal, es el recíproco de la relación de división del voltaje de retroalimentación β:

${\displaystyle V_{\text{out}}={\frac {R_{\text{1}}+R_{\text{2}}}{R_{\text{1}}}}V_{\text{in}}\!={\frac {1}{\beta }}V_{\text{in}}\,}$.

Un amplificador operacional real tiene una ganancia A alta pero finita en frecuencias bajas, que disminuye gradualmente en frecuencias más altas. Además, presenta una impedancia de entrada finita y una impedancia de salida distinta de cero. Aunque los amplificadores operacionales prácticos no son ideales, el modelo de un amplificador operacional ideal a menudo es suficiente para comprender el funcionamiento del circuito a frecuencias suficientemente bajas. Como se analizó en la sección anterior, el circuito de retroalimentación estabiliza la ganancia de bucle cerrado y desensibiliza la salida a las fluctuaciones generadas dentro del propio amplificador. ^[29]

Areas de aplicación

Ingeniería Mecánica

La válvula de bola o flotador utiliza retroalimentación negativa para controlar el nivel del agua en una cisterna.

Un ejemplo del uso del control de retroalimentación negativa es el control de nivel de agua (ver diagrama) o un regulador de presión . En la ingeniería moderna, los circuitos de retroalimentación negativa se encuentran en los reguladores de motores , los sistemas de inyección de combustible y los carburadores . Se utilizan mecanismos de control similares en sistemas de calefacción y refrigeración, como los que involucran aires acondicionados , refrigeradores o congeladores .

Biología

Control de hormonas endocrinas por retroalimentación negativa.

Algunos sistemas biológicos exhiben retroalimentación negativa, como el barorreflejo en la regulación de la presión arterial y la eritropoyesis . Muchos procesos biológicos (p. ej., en la anatomía humana ) utilizan retroalimentación negativa. Ejemplos de ello son numerosos, desde la regulación de la temperatura corporal hasta la regulación de los niveles de glucosa en sangre . La interrupción de los circuitos de retroalimentación puede conducir a resultados indeseables: en el caso de los niveles de glucosa en sangre , si la retroalimentación negativa falla, los niveles de glucosa en sangre pueden comenzar a aumentar dramáticamente, resultando así en diabetes .

Para la secreción de hormonas regulada por el circuito de retroalimentación negativa: cuando la glándula X libera la hormona X, esto estimula a las células diana a liberar la hormona Y. Cuando hay un exceso de hormona Y, la glándula X "detecta" esto e inhibe su liberación de la hormona X. Como se muestra en la figura, la mayoría de las hormonas endocrinas están controladas por un circuito de inhibición por retroalimentación negativa fisiológica , como los glucocorticoides secretados por la corteza suprarrenal . El hipotálamo secreta la hormona liberadora de corticotropina (CRH) , que dirige a la glándula pituitaria anterior para que secrete la hormona adrenocorticotrópica (ACTH) . A su vez, la ACTH dirige la corteza suprarrenal para que secrete glucocorticoides, como el cortisol . Los glucocorticoides no sólo realizan sus respectivas funciones en todo el cuerpo, sino que también afectan negativamente la liberación de secreciones estimulantes adicionales tanto del hipotálamo como de la glándula pituitaria, reduciendo efectivamente la producción de glucocorticoides una vez que se ha liberado una cantidad suficiente. ^[30]

Química

Los sistemas cerrados que contienen sustancias que experimentan una reacción química reversible también pueden presentar retroalimentación negativa según el principio de Le Chatelier , que desplaza el equilibrio químico al lado opuesto de la reacción para reducir la tensión. Por ejemplo, en la reacción

N2 ₊ 3 H2 _⇌ 2 NH3 ₊ 92 kJ/mol

Si existe una mezcla de reactivos y productos en equilibrio en un recipiente sellado y se agrega gas nitrógeno a este sistema, entonces el equilibrio se desplazará hacia el lado del producto en respuesta. Si se aumenta la temperatura, entonces el equilibrio se desplazará hacia el lado del reactivo, lo que, dado que la reacción inversa es endotérmica, reducirá parcialmente la temperatura.

Autoorganización

La autoorganización es la capacidad de ciertos sistemas "de organizar su propio comportamiento o estructura". ^[31] Hay muchos factores posibles que contribuyen a esta capacidad y, en la mayoría de los casos, la retroalimentación positiva se identifica como un posible contribuyente. Sin embargo, la retroalimentación negativa también puede influir. ^[32]

Ciencias económicas

En economía, los estabilizadores automáticos son programas gubernamentales que pretenden funcionar como retroalimentación negativa para amortiguar las fluctuaciones del PIB real .

La economía dominante afirma que el mecanismo de fijación de precios de mercado opera para igualar la oferta y la demanda , porque los desajustes entre ellas retroalimentan la toma de decisiones de los proveedores y demandantes de bienes, alterando los precios y reduciendo así cualquier discrepancia. Sin embargo, Norbert Wiener escribió en 1948:

"Existe la creencia, corriente en muchos países y elevada al rango de artículo de fe oficial en los Estados Unidos, de que la libre competencia es en sí misma un proceso homeostático... Desafortunadamente, la evidencia, tal como está, está en contra de esta idea ingenua. teoría." ^[33]

La noción de que el equilibrio económico se mantiene de esta manera mediante las fuerzas del mercado también ha sido cuestionada por numerosos economistas heterodoxos , como el financiero George Soros ^[34] y el destacado economista ecológico y teórico del estado estacionario Herman Daly , que estuvo en el Banco Mundial en 1988. 1994. ^[35]

Ciencia medioambiental

Algunos efectos del cambio climático pueden aumentar ( realimentaciones positivas ) o debilitar (realimentaciones negativas) el calentamiento global. ^{[36] [37]} Las observaciones y los estudios de modelización indican que existe una retroalimentación positiva neta del actual calentamiento global de la Tierra. ^[38]

Un ejemplo básico y común de un sistema de retroalimentación negativa en el medio ambiente es la interacción entre la cobertura de nubes , el crecimiento de las plantas, la radiación solar y la temperatura del planeta. ^[39] A medida que aumenta la radiación solar entrante, aumenta la temperatura del planeta. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la cantidad de vida vegetal que puede crecer. Esta vida vegetal puede producir productos como el azufre, que producen más cobertura de nubes. Un aumento en la cobertura de nubes conduce a un mayor albedo o reflectividad de la superficie de la Tierra. Sin embargo, a medida que aumenta el albedo, disminuye la cantidad de radiación solar. ^[40] Esto, a su vez, afecta al resto del ciclo.

La nubosidad y, a su vez, el albedo y la temperatura del planeta, también están influenciados por el ciclo hidrológico . ^[41] A medida que aumenta la temperatura del planeta, se produce más vapor de agua, creando más nubes. ^[42] Las nubes luego bloquean la radiación solar entrante, reduciendo la temperatura del planeta. Esta interacción produce menos vapor de agua y, por tanto, menos nubosidad. Luego, el ciclo se repite en un circuito de retroalimentación negativa. De esta manera, los circuitos de retroalimentación negativa en el entorno tienen un efecto estabilizador. ^[43]

Historia

La retroalimentación negativa como técnica de control puede verse en los refinamientos del reloj de agua introducido por Ktesibios de Alejandría en el siglo III a.C. Los mecanismos de autorregulación existen desde la antigüedad y ya se utilizaban para mantener un nivel constante en los depósitos de relojes de agua en el año 200 a.C. ^[44]

El gobernador de elevado es un ejemplo temprano de retroalimentación negativa.

La retroalimentación negativa se implementó en el siglo XVII. Cornelius Drebbel había construido incubadoras y hornos controlados termostáticamente a principios del siglo XVII, ^[45] y se utilizaban reguladores centrífugos para regular la distancia y la presión entre las piedras de los molinos de viento . ^[46] James Watt patentó una forma de gobernador en 1788 para controlar la velocidad de su máquina de vapor , y James Clerk Maxwell en 1868 describió "movimientos de componentes" asociados con estos gobernadores que conducen a una disminución de una perturbación o de la amplitud de una oscilación. . ^[47]

El término " retroalimentación " estaba bien establecido en la década de 1920, en referencia a un medio para aumentar la ganancia de un amplificador electrónico. ^[3] Friis y Jensen describieron esta acción como "retroalimentación positiva" y mencionaron de pasada una "acción de retroalimentación negativa" contrastante en 1924. ^[48] A Harold Stephen Black se le ocurrió la idea de utilizar retroalimentación negativa en amplificadores electrónicos en 1927, presentó una solicitud de patente en 1928, ^[15] y detalló su uso en su artículo de 1934, donde definió la retroalimentación negativa como un tipo de acoplamiento que reducía la ganancia del amplificador, aumentando en el proceso considerablemente su estabilidad y ancho de banda. ^{[49] [50]}

Karl Küpfmüller publicó artículos sobre un sistema de control automático de ganancia basado en retroalimentación negativa y un criterio de estabilidad del sistema de retroalimentación en 1928. ^[51]

Nyquist y Bode se basaron en el trabajo de Black para desarrollar una teoría de la estabilidad del amplificador. ^[50]

Los primeros investigadores en el área de la cibernética posteriormente generalizaron la idea de retroalimentación negativa para cubrir cualquier comportamiento de búsqueda de objetivos o con un propósito. ^[52]

Se puede considerar que todo comportamiento intencionado requiere retroalimentación negativa. Si se desea alcanzar una meta, en algún momento son necesarias algunas señales provenientes de la meta para dirigir la conducta.

El pionero de la cibernética Norbert Wiener ayudó a formalizar los conceptos de control de retroalimentación, definiendo la retroalimentación en general como "la cadena de transmisión y retorno de información", ^[53] y la retroalimentación negativa como el caso cuando:

La información retroalimentada al centro de control tiende a oponerse a la salida de la cantidad controlada de la cantidad controladora... ^{: 97}

Si bien la visión de la retroalimentación como cualquier "circularidad de acción" ayudó a mantener la teoría simple y consistente, Ashby señaló que, si bien puede chocar con definiciones que requieren una conexión "materialmente evidente", "la definición exacta de retroalimentación no es importante en ninguna parte". ". ^[1] Ashby señaló las limitaciones del concepto de "retroalimentación":

El concepto de 'retroalimentación', tan simple y natural en ciertos casos elementales, se vuelve artificial y de poca utilidad cuando las interconexiones entre las partes se vuelven más complejas... Sistemas tan complejos no pueden ser tratados como un conjunto entrelazado de retroalimentaciones más o menos independientes. circuitos, pero sólo en su conjunto. Por lo tanto, para comprender los principios generales de los sistemas dinámicos, el concepto de retroalimentación es inadecuado en sí mismo. Lo importante es que los sistemas complejos, ricamente interconectados internamente, tienen comportamientos complejos, y que estos comportamientos pueden buscar objetivos en patrones complejos. ^{: 54}

Para reducir la confusión, autores posteriores han sugerido términos alternativos como degenerativo , ^[54] autocorregible , ^[55] equilibrador , ^[56] o reductor de discrepancia ^[57] en lugar de "negativo".

Ver también

• Modelo de ganancia asintótica
• Biorretroalimentación  : adquirir conciencia sobre los procesos biológicos
• Teoría del control  – Rama de la ingeniería y las matemáticas.
• Cibernética  : campo transdisciplinario relacionado con sistemas regulatorios y intencionales.
• Comentarios sobre el cambio climático  : comentarios relacionados con el cambio climático
• Criterio de estabilidad de Nyquist  : método gráfico para determinar la estabilidad de un sistema dinámico
• Controlador de bucle abierto  : sistema de control cuya entrada es independiente de la salida.
• Teoría del control perceptual  – Teoría psicológica
• Retroalimentación positiva  : bucle de retroalimentación que aumenta un pequeño efecto inicial.
• Criterio de estabilidad
• Respuesta escalonada  : comportamiento temporal de un sistema controlado por funciones escalonadas de Heaviside

Referencias

1. W. Ross Ashby (1957). "Capítulo 12: El regulador controlado por errores" (PDF) . Introducción a la cibernética . Chapman & Hall Ltd.; Internet (1999). págs. 219-243.
2. Robert E. Ricklefs; Gary León Miller (2000). "§6.1 La homeostasis depende de la retroalimentación negativa". Ecología . Macmillan. pag. 92.ISBN _ 9780716728290.
3. David A. Mindell (2002). Entre humanos y máquinas: retroalimentación, control y computación antes de la cibernética. Baltimore, MD, EE.UU.: Prensa de la Universidad Johns Hopkins. ISBN 9780801868955.
4. Arkalgud Ramaprasad (1983). "Sobre la definición de retroalimentación". Ciencia del comportamiento . 28 (1): 4-13. doi :10.1002/bs.3830280103.
5. John D.Sterman, Dinámica empresarial: pensamiento y modelado de sistemas para un mundo complejo McGraw Hill/Irwin, 2000. ISBN 9780072389159 
6. Herold, David M.; Greller, Martín M. (1977). "Notas de investigación. Comentarios: la definición de un constructo". Revista de la Academia de Gestión . 20 (1): 142-147. doi :10.2307/255468. JSTOR  255468.
7. Sudheer S Bhagade; Govind Das Nageshwar (2011). Dinámica y Control de Procesos. PHI Aprendizaje Pvt. Limitado. Ltd. págs.6, 9. ISBN 9788120344051.
8. Charles H. Wilts (1960). Principios del control de retroalimentación . Pub Addison-Wesley. Co.p. 1. En un sistema de retroalimentación simple se controla una cantidad física específica y el control se logra haciendo una comparación real de esta cantidad con su valor deseado y utilizando la diferencia para reducir el error observado. Un sistema de este tipo es autocorregible en el sentido de que cualquier desviación del desempeño deseado se utiliza para producir acciones correctivas.
9. SK Singh (2010). Control de Procesos: Conceptos Dinámica y Aplicaciones. PHI Aprendizaje Pvt. Limitado. Ltd. pág. 222.ISBN _ 9788120336780.
10. Por ejemplo, perturbaciones de entrada y carga. Véase William Y. Svrcek; Donald P. Mahoney; Brent R. joven (2013). Un enfoque en tiempo real para el control de procesos (3ª ed.). John Wiley e hijos. pag. 57.ISBN _ 9781118684733.
11. Charles DH Williams. "Tipos de control de retroalimentación". Retroalimentación y control de temperatura . Universidad de Exeter: Física y astronomía . Consultado el 8 de junio de 2014 .
12. Giannini, Alessandra; Biasutti, Michela; Verstraete, Michel M. (1 de diciembre de 2008). "Una revisión de la sequía en el Sahel basada en modelos climáticos: desertificación, reverdecimiento y cambio climático". Cambio Global y Planetario . Cambio climático y desertificación. 64 (3): 119-128. Código Bib : 2008GPC....64..119G. doi :10.1016/j.gloplacha.2008.05.004. ISSN  0921-8181.
13. Bechhoefer, John (2005). "Retroalimentación para físicos: un ensayo tutorial sobre el control". Reseñas de Física Moderna . 77 (3): 783–835. Código Bib : 2005RvMP...77..783B. CiteSeerX 10.1.1.124.7043 . doi :10.1103/revmodphys.77.783. 
14. Negro, Harold (21 de diciembre de 1937). "Patente estadounidense 2.102.671: Sistema de traducción de ondas" (PDF) . www.eepatents.com . Archivado desde el original (PDF) el 6 de octubre de 2014.
15. James E Brittain (febrero de 2011). "Salón de la fama de la ingeniería eléctrica: Harold S Black" (PDF) . Actas del IEEE . 99 (2): 351–353. doi :10.1109/jproc.2010.2090997.
16. CA Desoer (agosto de 1984). "En memoria: Harold Stephen Black". Transacciones IEEE sobre control automático . AC-29 (8): 673–674. doi :10.1109/tac.1984.1103645.
17. Santiram Kal (2009). "§6.3 Ventajas de los amplificadores de retroalimentación negativa". Electrónica básica: Dispositivos, circuitos y sus fundamentos . PHI Aprendizaje Pvt. Limitado. Ltd. págs. 193 y siguientes . ISBN 9788120319523.
18. Marc Thomson (2006). "Figura 11-4: Lazo de control clásico de entrada única y salida única". Diseño de circuito analógico intuitivo . Newnes. ISBN 9780080478753.
19. Santiram Kal (2009). "§6.3.1 Ganar estabilidad". Electrónica básica: dispositivos, circuitos y fundamentos de TI . PHI Aprendizaje Pvt. Limitado. Ltd. págs. 193-194. ISBN 9788120319523.
20. Marc T Thompson, pag. 309
21. Thomas H Lee (2004). El diseño de circuitos de radiofrecuencia CMOS (2ª ed.). Prensa de la Universidad de Cambridge. pag. 447.ISBN _ 9780521835398.
22. Norbert A. Malik (1995). "Factor de mejora". Circuitos Electrónicos: Análisis, simulación y diseño . Prentice Hall. pag. 671.ISBN _ 9780023749100.
23. Santiram Kal (14 de enero de 2009). "§6.3.2 Reducción de ruido". Electrónica Básica: Dispositivos, Circuitos y fundamentos de TI . pag. 194.ISBN _ 9788120319523.
24. SK Bhattacharya. "§5.3.3 Efecto de la retroalimentación sobre la señal de perturbación". Sistemas de control lineal: para la Universidad Técnica de Punjab . ISBN 9788131759523.
25. Mahoma Rashid (2010). Circuitos microelectrónicos: análisis y diseño (2ª ed.). Aprendizaje Cengage. pag. 642.ISBN _ 9780495667728.
26. Wai-Kai Chen (2005). "Capítulo 13: Teoría general de la retroalimentación". Análisis de circuitos y teoría del amplificador de retroalimentación . Prensa CRC. págs. 13-1. ISBN 9781420037272. [En un amplificador práctico] la ruta directa puede no ser estrictamente unilateral, la ruta de retroalimentación suele ser bilateral y las redes de acoplamiento de entrada y salida suelen ser complicadas.
27. Véase, por ejemplo, la Figura 1.4, p. 7 Modelo de amplificador operacional ideal en Sergio Franco (2002). Diseño con amplificadores operacionales y circuitos integrados analógicos (3ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0078028168.o David G Nair; Sergio B Franco (2009). "Figura 16.2: Las cuatro posibles configuraciones de amplificador operacional". En Wai-Kai Chen (ed.). Fundamentos de circuitos y filtros (Manual de circuitos y filtros, 3ª ed.). Prensa CRC. págs. 16-2. ISBN 9781420058888.
28. G. Schitter; A. Clasificadores (2014). "§6.3.4 Amplificadores lineales con amplificadores operacionales". El diseño de mecatrónica de alto rendimiento . Prensa IOS. pag. 499.ISBN _ 9781614993681.
29. Walter G Jung (2005). "Ganancia de ruido (NG)". Manual de aplicaciones de amplificadores operacionales . Newnes. págs.12 y siguientes . ISBN 9780750678445.
30. Cuervo, PH; Johnson, GB. Biología , Quinta edición, Boston: Hill Companies, Inc. 1999. página 1058.
31. William R. Uttal (2014). Psicomíticos: fuentes de artefactos y conceptos erróneos en la psicología científica. Prensa de Psicología. págs. 95 y siguientes . ISBN 9781135623722.
32. Scott Camazine; Jean-Louis Deneubourg; Nigel R Franks; James Sneyd; Guy Theraulaz; Éric Bonabeau (2003). "Capítulo 2: Cómo funciona la autoorganización". Autoorganización en sistemas biológicos . Prensa de la Universidad de Princeton. págs.15 y siguientes . ISBN 9780691116242.
33. Cibernética: o control y comunicación en el animal y la máquina p.158
34. Goeroge Soros, La alquimia de las finanzas
35. Herman Daly, Economía del estado estacionario
36. "El estudio de la Tierra como sistema integrado". nasa.gov . NASA. 2016. Archivado desde el original el 2 de noviembre de 2016.
37. Fig. TS.17, Resumen técnico, Sexto informe de evaluación (AR6), Grupo de trabajo I, IPCC, 2021, pág. 96. Archivado desde el original el 21 de julio de 2022.
38. Stocker, Thomas F.; Dahe, Qin; Plattner, Gian-Kaksper (2013). IPCC AR5 GT1. Resumen técnico (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 16 de julio de 2023.Ver especialmente TFE.6: Sensibilidad climática y retroalimentación en p. 82.
39. Charlson, Robert J.; Lovelock, James E.; Andreae, Meinrat O.; Warren, Stephen G. (1987). "Fitoplancton oceánico, azufre atmosférico, albedo de las nubes y clima". Naturaleza . 326 (6114): 655–661. Código Bib :1987Natur.326..655C. doi :10.1038/326655a0. ISSN  1476-4687. S2CID  4321239.
40. Winton, Michael (2006). "Cambio climático ártico amplificado: ¿Qué tiene que ver la retroalimentación del albedo de la superficie con eso?". Cartas de investigación geofísica . 33 (3): L03701. Código Bib : 2006GeoRL..33.3701W. doi : 10.1029/2005GL025244 . ISSN  1944-8007.
41. Stephens, Graeme L. (2005). "Retroalimentación de la nube en el sistema climático: una revisión crítica". Revista de Clima . 18 (2): 237–273. Código Bib : 2005JCli...18..237S. doi : 10.1175/JCLI-3243.1 . ISSN  0894-8755. S2CID  16122908.
42. Jickells, TD; An, ZS; Andersen, KK; panadero, AR; Bergametti, G.; Brooks, N.; Cao, JJ; Boyd, PW; Duce, RA; Cazador, KA; Kawahata, H. (2005). "Conexiones globales de hierro entre el polvo del desierto, la biogeoquímica oceánica y el clima". Ciencia . 308 (5718): 67–71. Código Bib : 2005 Ciencia... 308... 67J. doi : 10.1126/ciencia.1105959. ISSN  0036-8075. PMID  15802595. S2CID  16985005.
43. Giannini, Alessandra; Biasutti, Michela; Verstraete, Michel M. (2008). "Una revisión de la sequía en el Sahel basada en modelos climáticos: desertificación, reverdecimiento y cambio climático". Cambio Global y Planetario . Cambio climático y desertificación. 64 (3): 119-128. Código Bib : 2008GPC....64..119G. doi :10.1016/j.gloplacha.2008.05.004. ISSN  0921-8181.
44. Breedveld, Peter C (2004). "Modelado de sistemas mecatrónicos basado en puertos". Matemáticas y Computación en Simulación . 66 (2): 99-128. CiteSeerX 10.1.1.108.9830 . doi : 10.1016/j.matcom.2003.11.002. 
45. "Tierie, Gerrit. Cornelis Drebbel. Ámsterdam: HJ París, 1932" (PDF) . Consultado el 3 de mayo de 2013 .
46. Colinas, Richard L (1996). Energía del viento. Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 9780521566865.
47. Maxwell, James Secretario (1868). "Sobre los gobernadores" (PDF) . Actas de la Royal Society de Londres . 16 : 270–283. doi : 10.1098/rspl.1867.0055 . S2CID  51751195 - vía Wikimedia.
48. Friis, HT; Jensen, AG (1924). "Amplificadores de alta frecuencia". Revista técnica del sistema Bell . 3 (2): 181–205. doi :10.1002/j.1538-7305.1924.tb01354.x.
49. Negro, HS (enero de 1934). "Amplificadores de retroalimentación estabilizados" (PDF) . Tecnología del sistema de campana. J. _ 13 (1): 1–18. doi : 10.1002/j.1538-7305.1934.tb00652.x . Consultado el 2 de enero de 2013 .
50. Stuart Bennett (1993). "Capítulo 3: El amplificador electrónico de retroalimentación negativa". Una historia de la ingeniería de control 1930-1955 . Institución de Ingenieros Eléctricos. págs. 70 y siguientes . ISBN 9780863412806.
51. C. Bissell (2006). "Karl Kupfmuller, 1928: un criterio de estabilidad temprano en el dominio del tiempo, de bucle cerrado" (PDF) . Revista IEEE Control Systems : 115–116, 126.
52. Rosenblueth, Arturo, Norbert Wiener y Julian Bigelow. "Comportamiento, finalidad y teleología". Filosofía de la ciencia 10.1 (1943): 18-24.
53. Norbert Wiener Cibernética: o control y comunicación en el animal y la máquina . Cambridge, Massachusetts: The Technology Press; Nueva York: John Wiley & Sons, Inc., 1948.
54. Hermann A Haus y Richard B. Adler, Teoría de circuitos de redes lineales ruidosas , MIT Press, 1959
55. Peter M. Senge (1990). La quinta disciplina: el arte y la práctica de la organización que aprende . Nueva York: Doubleday. pag. 424.ISBN _ 978-0-385-26094-7.
56. Helen E. Allison; Richard J. Hobbs (2006). Ciencia y políticas en la gestión de recursos naturales: comprensión de la complejidad del sistema. Prensa de la Universidad de Cambridge. pag. 205.ISBN _ 9781139458603. La retroalimentación equilibrada o negativa contrarresta y se opone al cambio.
57. Carver, Charles S.; Scheier, Michael F. (7 de mayo de 2001). Sobre la autorregulación del comportamiento. ISBN 9780521000994.

enlaces externos

• "Homeostasis fisiológica". biología en línea: respuestas a sus preguntas sobre biología . Biología-Online.org. 30 de enero de 2020.