การป้อนกลับเชิงลบ

การป้อนกลับเชิงลบ คือการที่ความต่างระหว่างค่าจริงกับค่าอ้างอิงของระบบ ไปส่งผลให้ความต่างนั้นลดขนาดลง การเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่ทำให้ค่าจริงเคลื่อนออกจากค่าอ้างอิงจะถูกควบคุม ระบบที่มีดัชนีการป้อนกลับทางลบสูงมีแนวโน้มจะมีความเสถียรมาก

Simple feedback model. The feedback is negative if AB < 0

การนำไปใช้

วิศวกรรมเครื่องกล

แสดงหลักการทำงานของลูกเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่เมื่อเครื่องจักรหมุนเร็วเกินกว่าค่าที่ต้องการลูกตุ้มจะเบนออกจากแกนกลางส่งผลให้ลิ้นควบคุมไอน้ำปล่อยไอน้ำน้อยลง ในทางกลับกันถ้าเครื่องยนต์หมุนช้าเกินไปลูกตุ้มจะหุบตามแรงดึงดูดของโลกเข้าหาแกนกลางส่งผลให้ลิ้นควบคุมไอน้ำปล่อยไอน้ำเข้าสู่เครื่องจักรมากขึ้น ซึ่งเป็นการป้อนกลับเชิงลบรูปแบบหนึ่ง

ใน คริสต์ศตวรรษที่ 16 ได้มีการประดิษฐ์ลูกเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (centrifugal governor) ซึ่งถูกนำไปใช้โดยเจมส์ วัตต์เพื่อใช้ในการควบคุมปริมาณไอน้ำสู่เครื่องจักรไอน้ำเพื่อนำไปควบคุมความเร็วของเครื่องจักรอีกทีหนึ่ง โดยมีหลักการทำงานดังภาพ

ระบบควบคุม

ลูกลอย(ballcock) การป้อนกลับเชิงลบรูปแบบหนึ่งที่ใช้ในการควบคุมระดับน้ำในถังเก็บน้ำ เช่น ถังเก็บน้ำบนชักโครก

ตัวอย่างการใช้งานในการควบคุมระบบที่มักพบเห็นอย่างแพร่หลายได้แก่ เทอร์มอสแตต (thermostat) เพส-ล็อก ลูป (phase-locked loop) การควบคุมฮอร์โมน (hormonal regulation) และการควบคุมอุณหภูมิในสัตว์

ตัวอย่างการใช้งานอย่างง่ายที่ใช้เทอร์มอสแตตนั้น มีหลักการทำงาน ดังนี้คือ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นเกินจากที่กำหนดไว้ เทอร์มอสแตตจะทำการปิดเครื่องทำความร้อน ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิห้องลดลง แต่เมื่ออุณหภูมิห้องลดลงจึงถึงระดับหนึ่ง เทอร์มอสแตตจะทำการเปิดระบบทำความร้อนอีกครั้ง ซึ่งหากขอบเขตของอุณหภูมิที่ตั้งค่าไว้ให้เทอร์มอสแตตทำการเปิดและปิดใกล้เคียงกันแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้คืออุณหภูมิห้องโดยรวมจะค่อนข้างคงที่ ในทางกลับกันหลักการทำงานเช่นนี้ก็ถูกนำไปใช้ในระบบทำความเย็น อย่างเช่น เครื่องปรับอากาศ ตู้เย็น และห้องแช่เย็น

ชีววิทยาและเคมี

Most endocrine hormones are controlled by a physiologic negative feedback inhibition loop, such as the glucocorticoids secreted by the adrenal cortex. The hypothalamus secretes corticotropin-releasing hormone (CRH), which directs the anterior pituitary gland to secrete adrenocorticotropic hormone (ACTH). In turn, ACTH directs the adrenal cortex to secrete glucocorticoids, such as cortisol. Glucocorticoids not only perform their respective functions throughout the body but also negatively affect the release of further stimulating secretions of both the hypothalamus and the pituitary gland, effectively reducing the output of glucocorticoids once a sufficient amount has been released.

ระบบทางชีวภาพหลายๆ ระบบ มีกลไกป้อนกลับทางลบควบคุมอยู่ เช่น baroreflex ที่ควบคุมความดันเลือดและการสร้างเม็ดเลือดแดง เป็นต้น กระบวนการทางชีวภาพหลายๆ อย่าง (เช่นในกายวิภาคของมนุษย์) ใช้การป้อนกลับทางลบมาควบคุมสมดุล ตัวอย่างของการใช้การป้อนกลับทางลบมาควบคุมสมดุลชีวภาพมีหลายอย่างมาก เช่น การควบคุมอุณหภูมิกาย การควบคุมระดับน้ำตาลในเลือด หากวงจรการควบคุมนี้เสียหายมักทำให้เกิดผลที่ไม่พึงปรารถนา เช่น หากกลไกที่ควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดไม่สูงเกินไป (เช่น อินซูลิน หรือตัวรับอินซูลิน) เกิดความผิดปกติขึ้น ร่างกายก็จะมีระดับน้ำตาลสูงกว่าที่ควร ทำให้เป็นโรคเบาหวานได้ เป็นต้น

การควบคุมการหลั่งฮอร์โมนส่วนใหญ่ใช้กลไกการป้อนกลับทางลบมาควบคุม เช่น ต่อม X หลั่งฮอร์โมน X ไปกระตุ้นเนื้อเยื่อเป้าหมายให้สร้างสาร Y เมื่อสาร Y มีระดับสูงกว่าที่ควร ต่อม X จะ "รับรู้" ว่าทำงานมากเกินไป และลดการสร้างฮอร์โมน X ลง เป็นต้น

แหล่งข้อมูลอื่น

• http://www.biology-online.org/4/1_physiological_homeostasis.htm