3.3.2. Контур с обратной связью

Кибернетические системы обладают способностью не только приспосабливать формы своего поведения к изменениям окружающей среды, но и активно воздействовать на нее благодаря механизму прямой и обратной передачи информации. Под обратной связью понимают воздействие результатов функционирования какой-либо системы (или объекта) на характер этого функционирования. Например, при прикосновении к горячему предмету, человек моментально отдергивает руку. Что произошло? При прикосновении руки к горячему в окончаниях нервных волокон, расположенных в коже (рецепторов) возник нервный импульс, который в виде электрического сигнала попадает в центральную нервную систему (мозг). ЦНС вырабатывает ответный импульс (команду), который направляется к мышцам руки. Учитывая, что длина нерва примерно 1,5 м, скорость распространения импульса — около 140 м/с, то время, в течение которого приходит команда около 0,002с. И глазом моргнуть не успеешь, еще и не подумаешь, а мозг уже все сделал. Но нужно еще и проконтролировать, как выполнен приказ. А для этого и потребуется обратная связь, которая несет информацию о правильности выполнения команды. В машинах и автоматических устройствах для управления есть специальные конструкции. Например, в паровом двигателе есть регулятор Уатта, который поддерживает частоту вращения вала машины постоянной, в ректификационной колонне специальные автоматические устройства, всевозможные датчики, измерительные приборы контролируют величину параметров реакционной смеси.

Если обратная связь приводит к неустойчивой работе системы, ее называют положительной. Если обратная связь стабилизирует функционирование, ее называют отрицательной. Системы, обладающие отрицательной обратной связью, способны к самоуправлению (самоорганизации). Например, все биологические системы при изменении внешних факторов перестраивают обмен веществ, работу органных систем, адаптируются к внешним условиям.

I 1 — корректирующий сигнал Управляющая I — прямая связь управляемая действие система система I2 — обратная связь

Рис. 11 Упрощенная схема контура управления

Под влиянием внешнего воздействия в управляемой системе происходят изменения каких-то параметров. Посредством прямой связи информация I об этих изменениях поступает в управляющую систему. Управляющая система направляет корректирующий сигнал I_1, под влиянием которого управляемая система перестраивается (Рис. 11). Информация об этом — I₂ в виде обратной связи поступает в управление, которое снова вырабатывает корректирующий сигнал, и так до тех пор, пока существует вся система. Корректирующая обратная связь управляет поведением объекта при достижении им цели или какого-то состояния. Каждый управленческий цикл — это некий элементарный акт, «квант» управления. Совокупность таких «квантов» поддерживает систему в устойчивом состоянии.

Процессы функционирования живого организма, общества, автоматических систем складываются из множества контуров управления или самоуправления. Среди этого множества выделяются два типа: первый обеспечивает простое управление, упорядочивание, симметрию, устойчивость, второй — накапливает новые изменения и способствует самоорганизации управляемой системы, благодаря чему образуются новые формы, повышается уровень организации, появляется тенденция к изменениям.

Независимо от иерархического уровня системы, структура механизма управления одна и та же: управляемый объект, управляющий субъект, система обратных связей, управляющее внешнее воздействие, способствующее сохранению целостности системы.

Например, система управления государством (государственные власти) ведет целенаправленную деятельность по сохранению целостности государства, диспетчер железнодорожной станции — по сохранению устойчивости работы станции за счет упорядочения грузопотоков, оператор химического производства поддерживает необходимые параметры в реакторных колоннах с целью оптимизации процесса получения желаемых веществ и обеспечения безопасности производства. Разрушение обратной связи ведет к неуправляемости системы и ее разрушению. В случае ослабления обратной связи начинается несогласованность в работе системы. Например, если нарушается обратная связь организма со средой, наступает болезненное состояние, которое может закончиться разрушением всей системы (гибелью организма), если диспетчер не располагает достаточным количеством данных, начинаются сбои в работе транспорта, если предприятие не знает точно спроса на свою продукцию, то может произойти перепроизводство и затоваривание, а значит, и убытки.