לולאת משוב
|
|
לולאת משוב (באנגלית: Feedback Loop) היא דרך לתאר את ההשפעה המעגלית של מספר חלקי מערכת זה על זה המשמשת בתחומי הקיברנטיקה ובניתוח של מערכות מורכבות.
קשר מחזק וקשר מחליש
כדי לאפיין לולאת משוב יש לאפיין תחילה את הקשרים בין החלקים המרכיבים אותה. הקשר יכול להיות מחזק או מחליש. קשר מחזק נוצר כאשר שינוי בגורם א' גורר שינוי דומה בגורם ב'. נהוג לצייר זאת בעזרת חץ הנושא סימן פלוס '+' או חץ כחול.
קשר מחליש נוצר כאשר שינוי בגורם א' גורר שינוי הפוך בגורם ב'. נהוג להציג קשר מחליש בעזרת חץ הנושא סימן מינוס '-' או חץ אדום.
יצירת לולאה
כאשר מאפיינים מס' גורמים המשפיעים זה על זה באופן שלהשפעה תכונה מעגלית נוצרת לולאת משוב. אם מספר הקשרים המחלישים בלולאה הוא זוגי זוהי לולאה מחזקת. אם מספר הקשרים המחלישים בלולאה הוא אי זוגי זוהי לולאה מחלישה או מאזנת. לולאה מחזקת מתאפיינת בכך שברגע שהחל בה תהליך משוב הוא יחזק את עצמו עד אין סוף. לולאה מאזנת מתאפיינת בכך שברגע שהחל בתה תהליך משוב, הוא ישאף לאזן את עצמו למצב הראשוני. לולאה מחזקת מסומנת על ידי האות R במרכזה (Reinforce), לולאה מאזנת מסומנת על ידי האות B במרכזה (Balance).
דוגמאות להתנהגות מערכות עם לולאות משוב
בכדי לבחון את התנהגות לולאות המשוב נביט על לולאות פשוטות. לאחר מכן נדון בהתנהגות של מערכות המורכבות ממספר לולאות.
לולאה מחזקת - צמיחה אקספוננציאלית תוצאה של לולאת משוב מחזקת שמתוארת על פני זמן- צמיחה מעריכית. לולאת משוב מחזקת מביאה לצמיחה מתמדת. קצב הצמיחה גדל כל הזמן ולכן הצמיחה היא אקספוננציאלית. בתהליכים אמיתיים, אין אפשרות לגדלים לצמוח עד אינסוף, ולכן בשלב כלשהו הצמיחה תיעצר. דוגמה נוספת - כאשר ישנה שריפה בחלק מהיער גדלים הפרשי הטמפרטורה בין החלק הבוער לבין הסביבה. עליית הפרשי הטמפרטורה מגדילה את עוצמת הרוח הנושבת לתוך איזור השריפה. עליית עוצמת הרוח מגדילה את אספקת החמצן לשריפה. גידול באספקת החמצן לשריפה מאפשר לה להתפשט. התפשטות השריפה מגדילה את הפרשי הטמפרטורה וחוזר חלילה. |
לולאה מחלישה - התכנסות למטרהלולאת משוב מחלישה מביאה להתכנסות למטרה. לולאת המשוב מביאה לכך שככל שמתרחקים מהמטרה, כך גדל הכוח שמנסה להחזיר את המערכת אל המטרה, לכן עם הזמן, תגיע המערכת למטרה. דוגמה נוספת - כאשר הצפיפות בכיתה עולה יורד הריכוז של התלמידים (קשר מחליש). עלייה בריכוז מובילה לעלייה בהישגים (קשר מחזק). עלייה בהישגים מובילה לירידה בלחץ הציבורי להקטנת הכיתות (קשר מחליש). עליה בלחץ הציבורי להקטנת הכיתות מקטינה את הצפיפות בכיתה וחוזר חלילה. כך נוצרת לולאה בת שלושה קשרים מחלישים המייצגת מנגנון השואף לאזן את מס' התלמידים בכיתה סביב מספר מסויים. |
צמיחה בצורת Sכאמור, במערכת פיזיקלית, צמיחה אקספוננציאלית אינה אפשרית. לכן, בשלב כלשהו יכנסו לפעולה גורמים מאזנים המהווים בעצם לולאת משוב מחלישה. למשל, כשטורפים מגיעים לנישה אקולוגית חדשה הם מתרבים באופן אקספוננציאלי. אך בשלב מסויים הם ידלדלו את אוכלוסיית הטרף שלהם והצמיחה תדעך עד שתתייצב על ערך בו האוכלוסיות מאוזנות. צמצום אוכלוסיית הטרף מהווה לולאת משוב שלילית: ככל שיש יותר טורפים מערך המטרה, כך יהיה פחות טרף ואוכלוסיית הטורפים תידלדל, ולהפך. |
תנודתיותבמערכת בה לפחות שני גורמים, וכאשר יש הפרשי זמן בתוך דינמיקת המערכת, המערכת לא תתייצב על ערך קבוע אלא תישאר במצב דינמי של תנודות סביב ערך מסויים. בדוגמת הטורפים והנטרפים, ההשפעה של אוכלוסיית הנטרפים על אוכלוסיית הטורפים אינה מיידית, אלא יש לחכות שנות דור - רק אז מיעוט המזון בדור האבות יבוא לידי ביטוי בדילדול אוכלוסיית הטורפים בדור הבנים. לכן יהיה פרק זמן בו אוכלוסיית טורפים גדולה מידי תצמצם את אוכלוסיית הנטרפים יותר מידי, והדור הבא של הטורפים יהיה מאוד מצומצם. כך במשך שנות דור (של הטורפים), יוכלו הנטרפים להתרבות אל מעבר לערך המטרה, וכך בדור הבא יוולדו יותר מידי טורפים, וחוזר חלילה. |
מערכות מורכבותאחד המאפיינים של מערכות מורכבות הוא הקיום של מספר לולאות משוב הקשורות זו לזו. דבר זה גורר קיום של התנהגות מורכבת שלעיתים אינה ניתנת לחיזוי. אך בניתוח הלולאות אפשר לזהות את התהליכים הראשיים שיתוו את התנהגות המערכת. |
ראו גם
- תהליך אוטוקטליטי, תהליך בלתי הפיך
- דינמיקת מערכות
- תריסר נקודות מינוף
- החוק השני של התרמודינמיקה
- שיווי משקל
קישורים חיצוניים
- משוב בוויקיפדיה האנגלית
- עוד על משוב מתוך Principia Cybernetica Web
| מערכות מורכבות |
|
מושגי יסוד: הוליזם - שיווי משקל - תהליך - אנטרופיה - אקסרגיה - החוק השני של התרמודינמיקה - מידע - ארגון עצמי - הגחה - לולאת משוב - תהליך בלתי הפיך - עמידות - חשל - גידול מעריכי - תגובת יתר |
|
מערכות, מודלים וגישות: מערכת מורכבת - מערכת מפזרת - מודל מבוסס סוכנים - מערכת מורכבת אדפטיבית - חשיבה מערכתית - דינמיקה של מערכות - תורת המידע - כלכלה אבולוציונית - כלכלת מורכבות - שיטת המערכות הרכות |
|
מערכות ואקולוגיה: תהליך ארוך טווח - מחזור ביוגאוכימי - חוק המינימום של ליביג - פרדוקס ג'בונס - עקרון ההספק המקסימלי - הולון - אנרגיה גלומה - שירותי המערכת האקולוגית - ייצור ראשוני - מטבוליזם |
|
ספרים ומאמרים: ספינת החלל כדור הארץ - גבולות לצמיחה - מעבר לגבולות - חוק האנטרופיה והתהליך הכלכלי - תריסר נקודות מינוף להתערבות במערכת - דינמיקת מערכות פוגשת את העיתונות - עיצוב כלכלה הוליסטית לעולם בר קיימא |
|
אישים, הוגים וארגונים: דונאלה מדווז - ניקולס ג'ורג'סקיו-רוגן - האווארד ת. אודום - דיוויד בוהם - איליה פריגוז'ין - מכון סנטה פה |