Во всех случаях, о которых мы сейчас рассказали, управляющая часть системы, воздействуя на управляемую ее часть, одновременно сама «чувствует» и учитывает результат этого воздействия. Обе части системы — управляющая и управляемая — связаны двойной связью: прямой и обратной.
Мы подошли к одному из самых важных в современной технике (да и не только в технике) понятий — к понятию обратной связи. И пожалуй, самое удивительное, что это понятие стало отчетливо складываться всего лишь лет двадцать — двадцать пять назад.
Журден — персонаж комедии Мольера «Мещанин во дворянстве» — страшно удивился, когда узнал, что он всю жизнь говорит прозой.
Не меньше были удивлены ученые и инженеры, когда выяснилось, что, сами того не зная, они давно и успешно используют идею обратной связи при создании самых различных машин. Использовали ее задолго до того, как она была окончательно сформулирована, подобно тому как средневековые инженеры и изобретатели интуитивно применяли законы механики задолго до того, как они были открыты Ньютоном.
Никем не высказанная, она вела людей, работающих в совершенно различных отраслях техники. Они искали решения частных технических задач и зачастую находили их, интуитивно применив идею обратной связи.
На протяжении многих лет машины и автоматы рассматривались с самых различных точек зрения, хуже или лучше оценивающих, насколько эффективно они работают. И никто не догадывался, что возможна еще одна новая и необычная точка зрения, рассматривающая, как организованы в этих системах процессы управления. А затем события начали развиваться по схеме, типичной для решения многих научных и технических проблем. Кто-то (сейчас невозможно сказать, кто именно) сумел по-новому взглянуть на ставшую уже привычной и обыденной картину действия одной из машин, сумел вдуматься в принципы ее действия, увидеть ту особенность ее устройства, которая потом, будучи понятой и изученной, стала казаться такой очевидной, что было даже странно, как раньше эту особенность могли не замечать.
Кто-то другой сумел оценить это, пусть даже единичное, наблюдение, понять важность замечательного явления, придумать для него выразительное название.
Потом это явление заинтересовывает многих других ученых и инженеров, начинаются поиски аналогичных явлений; и скоро выясняется, что они весьма многочисленны и распространены, только их почему-то (даже непонятно почему!) до сих пор не замечали.
Так развилась идея и теория обратной связи в технических системах, в теории управления.
Одновременно аналогичную идею стали выявлять физиологи и биологи, изучая процессы, протекающие в живых организмах, и процессы взаимодействия живых организмов с окружающей средой.
С понятием обратной связи необходимо свыкнуться, пытаясь разобраться, как действуют многие современные автоматы.
Легче всего это сделать на примерах, начиная с тех, что попроще, даже если они относятся к технике прошлого. И нам не миновать вновь вернуться к паровому двигателю и вспомнить еще об одном изобретении.
Помните, как сказочный мальчик Поттер догадался механизировать процессы впуска и выпуска пара и благодаря этому попал в историю?
Но полностью механизировать процесс управления ему не удалось, и эту работу пришлось завершить Уатту.
Дело в том, что паровой двигатель, даже механизированный Поттером, требовал непрерывного наблюдения. До тех пор пока развиваемая им мощность полностью отбиралась присоединенной к нему рабочей машиной, все обстояло благополучно. Но как только такой энергетический баланс нарушался, тотчас согласованное действие сбивалось, обороты двигателя резко убывали при возрастании нагрузки и, наоборот, при падении нагрузки быстро увеличивались. Чтобы поддерживать их постоянными, машинисту приходилось систематически регулировать подачу пара в цилиндр двигателя. Нетрудно сообразить, что он должен был уменьшать количество впускаемого пара при увеличении оборотов и увеличивать его — при уменьшении.
Уатт избавил машиниста от этой утомительной работы. Он изобрел специальный регулятор, автоматически поддерживающий определенное число оборотов при изменениях нагрузки. И если раньше изменение режима работы двигателя машинист улавливал на слух или, пользуясь приборами и перемещая заслонку, регулировал доступ пара в цилиндр, то теперь это делал автомат. Центробежный регулятор, вал которого приводится во вращение двигателем, «улавливает» изменения оборотов последнего с помощью грузов. Под действием центробежных сил грузы расходятся, когда обороты вала растут, и опадают, когда обороты уменьшаются. При этом они с помощью механической передачи приводят в движение заслонку, соответственно уменьшая или увеличивая подачу пара в цилиндр.