Sprzężenie zwrotne ( ang. feedback) – oddziaływanie sygnałów stanu końcowego (wyjściowego) procesu ( systemu , układu ), na jego sygnały referencyjne (wejściowe). Polega na otrzymywaniu przez układ informacji o własnym działaniu (o wartości wyjściowej). Matematycznym, jednoznacznym opisem bloku gałęzi zwrotnej jest transmitancja . Informacja ta może być modyfikowana przez transmitancję bloku gałęzi zwrotnej.

Wyróżnia się sprzężenie zwrotne dodatnie , DSZ - gdy sygnał z gałęzi zwrotnej dodaje się do wartości referencyjnej w węźle sumacyjnym oraz sprzężenie zwrotne ujemne , USZ - gdy sygnał z gałęzi zwrotnej odejmuje się w węźle sumacyjnym od wartości referencyjnej.

Sprzężenie zwrotne ujemne

Sprzężenie zwrotne ujemne stanowi fundamentalny mechanizm samoregulacyjny. Z cybernetycznego punktu widzenia ma ono za zadanie utrzymanie wartości jakiegoś parametru na zadanym poziomie. Zachodzi ono wtedy, gdy jakiekolwiek zaburzenia powodujące odchylenie wartości parametru od zadanej wartości w którąkolwiek stronę indukują działania prowadzące do zmiany wartości parametru w stronę przeciwną (stąd nazwa "ujemne"), a więc do niwelacji (kompensacji) efektu tego odchylenia.

Schematyczne przedstawienie równowagi trwałej

Mówiąc obrazowo: wartość parametru sprzężonego ujemnie zachowuje się jak niewielka kulka na dnie półkulistego zagłębienia: każde wytrącenie jej z równowagi powoduje powtórne staczanie się w kierunku najniższego punktu, pośrodku zagłębienia. W przypadku sprzężenia zwrotnego ujemnego wartość parametru oscyluje więc wokół wartości zadanej. Jest to więc model równowagi trwałej .

Sprzężenia zwrotne ujemne występują powszechnie w organizmach żywych i urządzeniach technicznych, jako mechanizmy samoregulacji .

Przykład ujemnego sprzężenia zwrotnego

Zapis matematyczny

gdzie:

• R(s) – transformata Laplace'a sygnału wejściowego,
• C(s) – transformata Laplace'a sygnału wyjściowego,
• G(s) – transmitancja toru głównego,
• H(s) – transmitancja toru sprzężenia zwrotnego.

Sprzężenie zwrotne dodatnie

Sprzężenie zwrotne dodatnie polega na tym, że w sytuacji zakłócenia jakiegoś parametru w układzie, układ ten dąży do zmiany wartości parametru w kierunku zgodnym (stąd - "dodatnie") z kierunkiem, w którym nastąpiło odchylenie od "zadanej" wartości. Sprzężenie zwrotne dodatnie powoduje zatem narastanie odchylenia.

Schematyczne przedstawienie równowagi chwiejnej

Mówiąc obrazowo: wartość parametru sprzężonego dodatnio zachowuje się jak niewielka kulka na szczycie półkulistego wzniesienia: każde wytrącenie jej z równowagi powoduje coraz szybsze staczanie się w kierunku, w którym nastąpiło wytrącenie, aż do wypadnięcia kulki poza układ (o ile nie zadziała odrębny bodziec hamujący). W sprzężeniu zwrotnym dodatnim wartość parametru odchyla się więc od wartości "zadanej" tym szybciej, im dalej już się od niej znajduje. Jest to więc model równowagi chwiejnej .

Sprzężenie zwrotne dodatnie stosuje się w:

• generatorze drgań
• detektorze reakcyjnym
• detektorze superreakcyjnym
• mnożniku dobroci
• przerzutniku

W biologi również występuje sprzężenie zwrotne dodatnie. Może mieć charakter fizjologiczny np.: proces powstawania skrzepu lub patologiczny np.: rozwój nadciśnienia tętniczego .

Inne informacje

Sprzężenia zwrotne mogą być zagnieżdżone, wieloobwodowe, wzajemnie na siebie wpływające. Do ich złożonej analizy może prowadzić dekompozycja.

Połączenia sprzężeń opisuje się za pomocą schematów blokowych oraz przepływowych grafów sygnałowych Masona (genetyka). (SICA-PMFC1999)

Sprzężenie zwrotne obserwujemy w wielu obszarach, i zajmuje się nimi wiele dziedzin nauki ; przede wszystkim cybernetyka (dla której sprzężenie zwrotne jest jednym z zasadniczych pojęć), ale także: informatyka , elektronika , akustyka , biologia (np. organizmach żywych jako czynnik utrzymania homeostazy ), ekonomia , marketing , socjologia i innych.