La retroalimentación en ingeniería es un proceso que lleva a que el resultado del funcionamiento de un sistema afecte los parámetros de los que depende el funcionamiento de dicho sistema. En otras palabras, se alimenta a la entrada del sistema una señal proporcional a su señal de salida (o, en el caso general, en función de esta señal) . A menudo, esto se hace intencionalmente para afectar la dinámica del sistema.
Distinguir entre retroalimentación positiva y negativa . La retroalimentación negativa cambia la señal de entrada para contrarrestar el cambio en la señal de salida. Esto hace que el sistema sea más resistente a los cambios aleatorios de parámetros. La retroalimentación positiva, por otro lado, amplifica el cambio en la señal de salida. Los sistemas con fuerte retroalimentación positiva tienden a volverse inestables, en ellos pueden ocurrir oscilaciones no amortiguadas , es decir, el sistema se convierte en un generador.
Los mecanismos de autorregulación existen desde la antigüedad, y la idea de retroalimentación comenzó a ingresar a la teoría económica de Gran Bretaña hacia el siglo XVIII, pero en ese momento no se reconoció como universal y, por lo tanto, no tenía nombre [1] .
El primer dispositivo de retroalimentación artificial conocido fue una válvula de flotador para mantener el agua a un nivel constante, inventado en el 270 a. C. en Alejandría . Este dispositivo ilustró el principio de retroalimentación: un nivel bajo de agua abre la válvula , luego el agua que sube proporciona retroalimentación al sistema, cerrando la válvula cuando se alcanza el nivel requerido. Esto se repite en un círculo si el nivel del agua fluctúa [2] .
Los reguladores centrífugos se han utilizado 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 desarrolló su primer gobernador centrífugo por sugerencia de su socio comercial Matthew Boulton para su uso en máquinas de vapor . Las primeras máquinas de vapor usaban un movimiento alternativo puro y se usaban para bombear agua; esta aplicación no es sensible a los cambios en la velocidad de operación, pero el uso de máquinas de vapor en otros casos requería un control de velocidad más preciso.
En 1868, James Clerk Maxwell escribió el famoso trabajo "Sobre los reguladores", que se considera un clásico en la teoría del control y las matemáticas de retroalimentación [3] .
La frase "realimentar", en el sentido de volver a una posición anterior en un proceso mecánico, se utilizó por primera vez en los Estados Unidos en la década de 1860 [4] [5] y en 1909 el premio Nobel Karl Ferdinand Braun utilizó el término " retroalimentación " como sustantivo para denotar la conexión (no deseada) entre los componentes del circuito analógico [6] .
En 1912, los investigadores que utilizaron los primeros amplificadores electrónicos ( audiones ) descubrieron que enrutar deliberadamente una parte de la señal de salida de vuelta al circuito de entrada aumentaba la ganancia (a través de la regeneración ), pero también causaba ruido adicional en el dispositivo. Esta acción de retroalimentación de salida a entrada condujo al uso del término "retroalimentación" como una palabra separada en 1920 [7] .
Ha habido cierta controversia a lo largo de los años en cuanto a la mejor definición de retroalimentación. Según Ashby , los matemáticos y teóricos interesados en los principios de los mecanismos de retroalimentación prefieren una definición de "acción cíclica" que mantenga la teoría simple y coherente. Para propósitos más prácticos, la retroalimentación debe actuar deliberadamente a través de alguna conexión más tangible.
Los experimentadores se oponen a la definición matemática de retroalimentación, ya que en este caso la retroalimentación está presente en un péndulo ordinario entre su posición y su momento - "retroalimentación", que, desde un punto de vista práctico, es algo místico. A esto, los matemáticos replican que si la retroalimentación solo debe actuar cuando hay un cable o nervio real para representarla, entonces la teoría se vuelve caótica y plagada de inconsistencias [8] .
También hay una definición de retroalimentación como "información sobre la brecha entre el nivel real y el nivel de referencia del parámetro del sistema", que se utiliza para "cambiar un poco la brecha". Al mismo tiempo, la información en sí misma no es retroalimentación si no se traduce en acción [9] .
Retroalimentación positiva : si la señal de retroalimentación de la salida está en fase con la señal de entrada, entonces la retroalimentación es positiva.
Retroalimentación negativa : si la señal de retroalimentación tiene polaridad opuesta o está desfasada 180° con respecto a la señal de entrada, entonces la retroalimentación se denomina retroalimentación negativa.
Un ejemplo de retroalimentación negativa sería un sistema de control de crucero en un automóvil que alcanza una velocidad objetivo . El sistema controlado es un coche; su entrada incluye el par combinado del motor y del cambio de pendiente de la carretera.
La velocidad (estado) del vehículo se mide con el velocímetro . La señal de error es la desviación de la velocidad medida por el velocímetro de la velocidad establecida. Este error medido es interpretado por el controlador para ajustar el acelerador que controla el flujo de combustible al motor. El cambio resultante en el par motor , la retroalimentación, se combina con el cambio en el par debido a los cambios en la pendiente de la carretera para reducir el error de velocidad y minimizar el ruido de la carretera.
Los términos "positivo" y "negativo" se aplicaron por primera vez a la retroalimentación en la década de 1920 con la introducción del circuito regenerativo [10] . En 1924, Friis y Jensen describieron la regeneración en un conjunto de amplificadores electrónicos como el caso en que la acción de "retroalimentación" es positiva, en contraste con la acción de retroalimentación negativa que mencionan solo de pasada [11] . El artículo clásico de Harold Stephen Black de 1934 detalla el uso de retroalimentación negativa en amplificadores electrónicos por primera vez. Según Black, la retroalimentación positiva aumenta la ganancia de un amplificador, la retroalimentación negativa la reduce [12] . Sin embargo, incluso antes de que estos términos se aplicaran por primera vez, James Clerk Maxwell describió varios tipos de "movimientos de componentes" asociados con los gobernadores centrífugos utilizados en las máquinas de vapor , distinguiendo entre aquellos que dan como resultado un aumento constante en la perturbación o amplitud de oscilación y aquellos que conducen a a su disminución [13] .