Was ist Loop Gain?
Schleifenverstärkung ist der Begriff, der auf die Verstärkung in einem Parameter angewendet wird, wenn ein Teil der Ausgabe eines Geräts in der Schaltung oder im System als Eingabe an das Gerät zurückgegeben wird. Es gibt negative und positive Regelkreissysteme. Dieser Rückkopplungsmechanismus ist wichtig als Steuerungstechnik für die chemische Prozesskontrolle, Fertigungsstraßen, elektronische Schaltkreise und biologische Systeme.
Das Kreischen eines Lautsprechers, wenn ein Mikrofon darauf gerichtet ist, zeigt eine außer Kontrolle geratene Schleifenverstärkung. Das Mikrofon nimmt den Ton aus dem Lautsprecher auf und sendet ihn zurück an den Verstärker, der den Ton vergrößert und wieder aus dem Lautsprecher sendet. Im weiteren Verlauf des Zyklus ist das Signal größer als der Betriebseingangsbereich des Lautsprechers, und es treten störende Klangprobleme auf.
Bei negativer Rückkopplung bewegen sich die Informationen rückwärts. Eingangsströme gelangen zu einem Verarbeitungsschritt, der Prozess oder die Änderung findet statt, und der Ausgangsparameter wird gemessen und mit dem Sollwert oder dem gewünschten Wert verglichen. Eine vorgelagerte Einstellung wird vorgenommen, und die Schleife wird wiederholt. Dies ist ein Rückkopplungssystem mit geschlossenem Regelkreis.
Positive Rückkopplung, auch Feed-Forward genannt, tritt auf, wenn Eingangsstromparameter vor dem Prozess gemessen werden und der Controller vor dem Prozess angepasst wird. Beide Systeme haben Vorteile und werden normalerweise mithilfe eines Feedback-Controllers kombiniert, um Informationen an den Feed-Forward-Controller weiterzuleiten. Der Feed-Forward-Controller verarbeitet diese Daten mit den Eingangsstrom-Parameterdaten, um die Anpassung vorzunehmen.
Das Erhitzen eines Flüssigkeitsstroms auf eine eingestellte Temperatur durch Leiten der Flüssigkeit durch einen Wärmetauscher demonstriert dieses kombinierte Steuersystem. Die Temperatur und die Durchflussrate der ankommenden Flüssigkeit werden an die Vorwärtsregelung gesendet. Die nachgeschaltete Temperatur wird an den Rückführregler gesendet, der sie mit dem Sollwert vergleicht. Der Feed-Forward-Controller ändert die vom Feedback-Controller geforderte Änderung mit den aktuellen Informationen, die er empfängt. Durch die Verwendung dieses kombinierten Verstärkungsregelungssystems mit geschlossenem Regelkreis werden Temperaturschwankungen der erhitzten Flüssigkeit vermieden und der verbleibende Prozess verläuft reibungsloser.
Das kombinierte Feed-Forward- / Feedback-Steuerungssystem kann als Puffer bezeichnet werden, da es einen konstanten Ausgabewert beibehält. Ein Operationsverstärker ist ein elektronisches Gerät, das dasselbe tut. Es akzeptiert zwei Eingänge und hat einen einzelnen Ausgang, der abhängig von der Differenz der Eingänge entweder hoch oder niedrig ist. Das Design bestimmter Operationsverstärker führt dazu, dass einer der Eingangswerte invertiert wird oder das Vorzeichen wechselt. Anschließend wird der Ausgang als einer der Eingänge zurückgesendet. Ziel ist es, beide Eingänge auf den gleichen Wert abzugleichen.
Open-Loop-Verstärkung bezieht sich auf einen Steuerungsmechanismus, der keine Prozessinformationen zur Steuerung des Systemverhaltens verwendet. Ein Operationsverstärker kann als Open-Loop-Gain-Gerät charakterisiert werden, wird jedoch in ein größeres Regelungssystem eingebunden, das geschlossen ist. Es dient als Puffereinrichtung in der Schaltung.
Die Fertigung verwendet geschlossene Verstärkungsregelungssysteme, allerdings häufig über manuelle Prozesse. Die Basis der statistischen Prozesskontrolle ist ein weiterer Ausdruck eines Rückkopplungssystems. Biologische Systeme verwenden Verstärkungsregelkreise, von der Kontrolle der Zellatmung bis zum Gleichgewicht ganzer Ökosysteme.