4. Кибернетика и управление. Автоматика. Теория автоматического управления

Для суждения о том, насколько хорошо, точно и быстро выполняется задача управления, достаточно рассмотреть автоматизированный объект в кибернетическом аспекте.

В этом случае абстрагируются от конкретной реализации процесса (системы) и строят кибернетическую модель процесса, которая содержит только информацию, непосредственно характеризующую управление, а именно:

- информацию о структурном расположении отдельных звеньев, т.е. об их связи в общей системе

- информацию о преобразовании и обработке входных сигналов отдельных звеньев системы в соответствующие выходные сигналы.

Как правило, кибернетические модели процессов реализуются на ЭВМ с использованием программных средств.

Под информацией понимают существенные и представительные характеристики объектов и процессов. Такое понимание информации позволило подойти к изучению взаимодействия в природе с единой точки зрения.

Принимая во внимание общий информационный характер процессов управления в технических системах, биологии, экономике и опираясь на теорию и технику регулирования, ЭВМ, связи (передачи информации), Н. Винер ввел в обиход слово "кибернетика" в 1948 г. в книге "Кибернетика, или управление и связь в животном и машине".

Винер выделил новую категорию - "управление", описал несколько задач, типичных для кибернетики, привлек внимание к особой роли вычислительных машин. Введение категории управления позволило Винеру воспользоваться понятием информации, положив в основу кибернетики изучение законов передачи и преобразования информации

Сущность принципа управления заключается в том, что движение и действие больших масс вещества или передача и преобразование больших количеств энергии направляется и контролируется при помощи малых количеств энергии, несущих информацию.

Итак, кибернетика - это наука об управлении, т.е. о целенаправленном воздействии на системы, а также о процессах передачи и обработки информации и их автоматизации в технических и нетехнических системах.

Основными методами изучения информационных процессов, принятыми в кибернетике, являются методы их алгоритмизации и моделирования. Информационный процесс управления представляется в виде последовательности связанных друг с другом и причинно обусловленных математических и логических операций, представляющих собой алгоритм процесса.

Кибернетика стремится установить структурное, количественное и логическое сходство между процессами управления, протекающими в различных системах. Таким образом, предмет кибернетики состоит в анализе, синтезе и реализации алгоритмов управления.

С точки зрения методологии управления, кибернетика является отраслью знаний (наукой), которая занимается установлением общих принципов и законов управления объектами различной природы для достижения определенных целей на основе получения, переработки и использования информации.

В зависимости от области знаний (например, техника, биология), к которым применяется алгоритмический и информационный подход, говорят о технической кибернетике, биологической кибернетике и т.д.

Основным разделом методологии автоматизации является расчет и создание систем автоматического управления (САУ).

Системы автоматического управления обычно делят на два класса:

- циклические автоматические системы (станки-автоматы, автоматические линии),

- ациклические системы, также называемые информационными системами. В задачи технической кибернетики входит изучение информационных автоматических систем по двум направлениям:

- реализация принципов управления, открытых в живой природе,

- изучение человека как звена системы управления.

Прикладная дисциплина, изучающая общие принципы и методы построения автоматических систем, т.е. автоматических машин, агрегатов, цехов, заводов, выполняющих поставленные перед ними цели без непосредственного участия человека, называется автоматикой. Она включает в себя теорию элементов систем управления и теорию автоматического управления (ТАУ).

ТАУ является теоретической основой технической кибернетики. Вначале она создавалась для изучения статики и динамики процессов автоматического управления техническими объектами. В настоящее время результатами ТАУ пользуются для изучения систем управления экономическими, организационными, биологическими и другими объектами.

Теория автоматического управления имеет целью решение прикладных инженерных задач и поэтому вынуждена использовать весьма сложный математический аппарат. Однако надо помнить, что он играет вспомогательную роль и приобретает значение в том случае, когда дает метод решения проблем ТАУ в виде алгоритма (модели), позволяющего довести решение до числовых значений. Разработка рабочего аппарата для анализа и расчета представляет собой порой не менее сложную задачу, чем разработка общего математического метода.

Техническая кибернетика и теория автоматического управления составляют научную основу автоматизации и, в частности, автоматизации промышленных производственных процессов. Сюда относятся методы построения моделей объектов, решения задач управления на основе разработанных принципов и алгоритмов.