TRIZ试解--反馈原理

李正桐

    反馈原理是TRIZ（发明问题解决理论）40条创新原理的第23条。

    TRIZ对反馈原理的解释是：“将一种系统的输出作为输入返回到系统中，以便增强对输出的控制。”反馈（feedback）一词早期被译成“回授”，最初是无线电技术的一种调控手段，此后人们逐渐认识到反馈原理在技术层面和社会层面都可以有广泛的应用。

1.正反馈和负反馈

    所谓正反馈，是将输出返回到系统中，使过程得到强化，其结果是达到更大的输出。典型的例子是早期的来复再生式收音机电路。由于这种电路的灵敏度较低，所以把它的高放输出信号取出一部分加到输入端，与来自接收选频段的初始信号合在一起当作输入信号。这样一来输入信号显然得到强化，使其灵敏度有所提升。为什么仅仅“取出一部分”输出信号呢？因为正反馈有一个特点：足够大的正反馈会引发自激振荡。那么什么又是自激振荡呢？

    大家都有这样的体验：听报告的时候有时主讲人说话声音稍高，扩音器里就发出尖厉的啸叫声，这就是自激振荡。在这个系统里，麦克风是输入端，扩音器是输出端。除了主讲人的声音外，来自扩音器的声音也会进入麦克风，经放大后由扩音器输出，再返回麦克风，放大后再输出。

    显而易见，系统里存在着正反馈。如果系统增益超过一定限度，这个循环过程就会愈演愈烈，最终变成啸叫。这时即使主讲人停止讲话，啸叫声也不会停止，这就是进入了自激振荡。当然自激振荡不仅仅局限于音频范围。自激振荡有时是需要避免的，这就得限制反馈量甚至引入负反馈；但有时却要刻意地利用正反馈来构成振荡器，这就要保证足够的反馈量，否则将难以起振。

    负反馈则相反，它是通过适当的设置，用输出信号来抑制系统过程。输出越强，抑制作用越明显。其结果是导致系统状态更趋稳定，系统输出更趋平滑。典型的例子是收音机的自动增益控制（AGC）系统。当输出电平偏高时，其反馈量可以适度抑制系统增益，使输出回归常态，反之亦然，如此可避免输出声音忽强忽弱。

2.电反馈和机械反馈

    以上我们所举的例子都出自电子电路。确实，在电子电路中反馈的应用太广泛了，尤其在自控系统中更是不可或缺。在强电设备中也常常用到反馈。例如大功率直流电机，为维持其转速的稳定，尤其是在负荷不稳定或电源不稳定时要求恒定的转速，就需设置速度负反馈环路。具体做法是将一个测速发电机（其尺寸和功耗都很小）与主机共轴安装，当主机转速偏高时，测速发电机的输出也偏高，取出其增量值用来干预可控硅整流环节，即干预输入端，使供电电压适度降低，从而对过快的转速予以纠正。转速偏低时过程相反。

    在非电领域同样大量应用反馈原理。例如抽水马桶，在它的储水背箱里有一个带浮筒的杠杆，杠杆的另一端控制进水阀门。当放完水后该阀门随着浮筒的下落而自动打开，水注入背箱。随着水位的上升，浮筒也慢慢升高了，并通过杠杆将进水阀逐渐关小，直至达到设定的水位时将阀门关紧，全过程自动完成。

    有些机械反馈装置非常简单，却很有效、很可靠。例如飞机机翼的上反角，只靠特定的机翼安装角度就可以有效防止机翼的横向摇摆，提高横向稳定性。再如在纺织印染行业，在布匹运行中，仅靠两个按“八”字形安装的辊，就可以有效防止布匹运行时发生横向摆动并将布幅展平。

3.社会层面的反馈

    社会是一个庞大而复杂的系统，它又由不计其数的子系统所构成。其中包含着或明或暗的反馈环路，有些是人为设定的，有些是自然存在的。奖金激励制度就是人为设定的正反馈机制。如果某职工这个月的成绩较好，他就可以拿到奖金，而奖金又可以进一步调动他的工作热情，使他下个月成绩更好。在经济体系中，商品的价格常常是互为因果、互相牵制的，这里面就存在着反馈。

    除价格以外，诸多经济要素之间也存在着错综复杂的反馈机制，人们常说的市场经济的自然调节作用，就是这些各个层次的反馈机制在起作用。而当经济过热偏离常态时，职能部门会调用一些调控手段，如改变利率，税率，存款准备金率等，相当于向经济体系引入深度负反馈，使之趋于稳定。这个操作和我们用改锥旋动电位器来调节反馈量其实没什么两样。

    通过这些例子我们看出，反馈原理有着广泛的应用。有些反馈需要经我们的精心设计，使系统更完善，运行更平稳。而有些反馈机制是自然存在的，我们需要察觉它，利用它，并规避其不良影响。相比之下机械反馈比电的或机电的反馈作用更直接、运行更可靠、响应更快、结构更简单。搞电的朋友们不妨扩展一下思路，多留心、多收集一些行之有效的机械反馈方法，也许会使你的设计更精简。试想，如果机翼不用上反角而是用一套机电反馈装置来实现其功能，从传感器到执行机构，将会是一套多么庞杂的系统！■