3 Тарау. Ақпараттық белгiлердің параметрлерін басқару және модуляция

3.1 Ақпараттық жүйені құрудағы кибернетикалық амал.

3.2 Ақпарат және басқару.

3.3 Модуляция және демодуляция процедураларының мәні және мазмұны.

3.4 Модуляцияның әртүрінің кедергі тұрақтылығы бойынша салыстырмалы сипаттамасы.

3.5 Модуляцияның сандық әдісі.

3.1 Ақпараттық жүйені құрудағы кибернетикалық амал

Кибернетикалық жүйенің суреттеуіне жақындау жолы мынадан тұрады, мақсатқа бағытталған мінез-құлық басқару сияқты анықтап қаралады. Басқару – кибернетикалық мағынада кең тараған – бұл әдістерді және талдап қорытуды қабылдау, әртүрлі ғылымдармен жиналғандардың басқару туралы жасанды объектілермен және тірі организмдермен. Басқару тілі — мынау ұғымдардың қолдануы «объекті», «орта», «кері байланыс», «алгоритм» және тағы басқа.

3.1-сурет - Басқару процесіне кибернетикалық жақындау

3.2 Ақпарат және басқару

Басқару процесінің айналатын басқару анализі келесі үштіктерді ерекшелеуге бұйырады – айнала, обьект және субьект. Дәл осы кезде субьект өзіне Х айнымалының және У обьектінің әсер етуіне сезінеді. Егер ол Х айнымалының күйін өзгерте алмаса, онда У обьекті күшімен ол арнайы ұйымдастырылған U әсері арқылы алады. Бұл басқарудың өзі.

У обьектінің күйі субьектінің қажеттігі күйіне әсер етеді. Субьект қажеттігі А=(₁,…,_k), мұндағы _i —субьекті i – қажеттілігі, бұл мәселенің актуалдығымен, маңыздылығын сипаттайтын, жоққа шығармайтын сан көрсетеді. Өзінің қажеттілігін азайтатындай етіп құрады.

_i = (X, U)= (3.1)

R – обьект радиусы. Бұл қажеттілік Х айналасы мен U субьектінің қажеттілік байланысы бар белгісіз байланысты көрсетеді.

U_x^* —(1) есептің шешімі және қажеттілігін минимизициялайтын субьект тәртібінің оңтайлылығы деп алайық. А - U_x^* басқару алгоритмі деп аталуын анықтайтын (3.1) есебінің шешілу жолы.

U_x^*= φ(A_t, X) (3.2)

мұндағы —x айнымалы мен А_t қажеттілігі күйіне қарап басқаруды синтезацияға рұқсат беретін алгоритм. Субьект қажеттілігі тек айнала немесе обьект әсерінен ғана емес, сонымен қоса t индексімен белгіленетін субьект өмір сүруі кезеңін көрсетіп, өз бетінше де өзгере алады.

Субьект орналастырылған және берілген қоршаған ортаға оның функционалдылығы мен тиімділігін анықтайтын. Басқару алгоритмі  рекурентті:

U_N+1 = ( U_N , A_t, X).

Осыған орай әр қадамда басқаруды жақсартуға мүмкіндік береді. Мысалы мағынасында:

A_t (X, U_N+1)< A_t (X, U_N).

Яғни өзінің қажеттілктерін деңгейіне азаюы:

Бірінші кезеңде Z^* басқаруының мақсаты анықталады, тапсырма интуитивті деңгейде шешіледі:

Z*=₁(X, A_t),

₁ - А_t тұтынушы және X күйі бойынша Z^* мақсатының синтез алгоритмі.

Екінші кезеңде субъектінің тұтынуын қанағаттандыратын, бірінші стадияда форматталған 2 мақсатына жетуін қамтамасыздандыратын U_x* басқаруы анықталады. Дәл осы стадияда,

U_x*= ₂( Z^*, X).

Басқаруы синтезделетін Z^* мақсатының көмегімен, формальды аппараттық барлық қуаттылығы қолдануы мүмкін.

₂ — басқару алгоритмі. Бұл алгоритм кибернетиканы үйрену облысы болып табылады. Егер тек толығымен адамға лайықты болса, онда екіншісі формальді ынта қосымшасының обьектісі болып табылады. Мысал ретінде техникалық және ұйымдастырылған жүйедегі басқарулардың негізгі ұғымын қарастырамыз.

Басқару жүйеде сол процестің бағытталған ұйымы. Жалпы алғанда басқару процесі келесі 4 элементтерден тұрады:

• басқару тапсырмалары туралы ақпарат алу;

• басқару обьектісінің басқару нәтижесі туралы ақпарат алу;

• алынған ақпаратты талдау және шешімдерді өңдеу;

• шешімдерді жүзеге асыру.

Басқару процесі бұл процесті жүргізу, өңдеу, ақпаратты талдау туралы ақпараттың жиынтығынан тұратын ақпараттық процесс.

Басқару процесінің әр фазасы кедергілердің түрлі әрекеттері айналадағы ортамен әрекет ету кезінде жүргізіледі. Басқарудың мақсаттары, принциптері және шекаралары шешілетін тапсырманың мәтініне тәуелді.

Басқару жүйесі басқарудың берілген мақсатына бағытталған. Басқару обьектісі және басқару органдары арасындағы қасиеті.

Басқару жүйесінде басқарудың 4 негізгі тапсырмалары шешіледі: стабилизация, бағдарламаның орындалуы, зерттеу, оңтайландыру.

Жүйе стабилизациясының тапсырмасы кедергілерге қарамастан кейбір берілген тапсырмаларға жақын оның шығыс мөлшерін қолдау болып табылады.

Басқару жүйесі екі үлкен топқа бөлінеді: жүйелерінің автоматтандырылған басқармасы (ЖАБ) және автоматтандыру басқаруының жүйелері (АБЖ). ЖАБ-та объектіні әлде жүйені басқару адамның көмегінсіз автоматты құрылғылармен іске асырылады. Бұл тұйық жүйелер. ЖАБ-тың негізгі функциялары: автоматты бақылау және өлшеу, автоматты сигнал беру, автоматты қорғау, автоматты іске қосу және автоматты реттеу. ЖАБ-қа қарағанда АБЖ контурына адам қосылған, оған кейбір өте қажетті қабылдау функция шешімдерін шешу үшін және шешім қабылдауға жауаптылық жүктеледі. АБЖ-да адам-машиналық жүйе қолданатын жаңа экономико-математикалық әдіс, электронды есептеуіш техника техника амалдары (ЕЭТ), байланыс және де іздеуге жаңа ұйым принципі және практикада нәтижені басқаруды іске асыруы деп түсіндіріледі (жүйемен).

Осы таңда «жүйе» түсінігінің анықтамаларында бірлік жоқ. Жұмыс барысында жүйе түсінігінің анықтамасы жүйе теориясының әдебиеттерінде көбінесе мыналар: жүйе – бір-бірімен қатынастағы және байланыстағы элементтердің жиыны, яғни бірлік пен тұтастықты көрсетеді. Жүйенің жұмыстық анықтау түсінігі жүйе теория әдебиеттерінде келесілер қарастырылады: жүйе – тұтас және біріктірілген, бір-бірімен байланысқан элементтер жиыны.

Жүйе деп, обьекттің құрылымының дискретті элементтерінен құрылған құрылымының қалдықсыз болмауын түсінеміз. Жүйенің интегративті құрылымы жүйенің тұтастығын қамтамасыз етеді, оның құралған бөліктеріне қарағанда сапалы жаңа білім.

Жүйенің кез келген элементін жеке жүйе ретінде қарастыруға болады (қандайда болмасын функционалды блокты немесе қарастырылатын мәселені сипаттайтын математикалық модель). Жүйенің әр элементі өзінің функциясымен сипатталады. Функция деп тірі және тірі емес материяға тән заттық-энергетикалық, кіру және шығу процестерінің арасындағы ақпараттық байланыстарды түсінеміз. Егер мұндай элементтің ішкі құрылымы болса, онда оны ішкі жүйе дейді, мұндай сипаттама талдау әдісі және жүйе синтезін реализациялау кезінде қолданады. Бұл жүйелік талдау принциптерінің біреуінен, яғни жүйелілік заңындағы кез келген элемент кейбір жүйелерде ішкі жүйе немесе ұқсас категория обьектілерінің арасындағы жиынның ішкі жүйесі бола алады. Элемент әрқашанда жүйенің бөлігі болып табылады.

Жүйенің жұмыс жасауы мен құрылуын сипаттайтын негізгі түсініктерді қарастырамыз.

Элемент. Элемент деп көбінесе жүйенің бөлінбейтін жай бөлігін түсінеміз. Мұндай бөлік не деген сұрақ жауабына, бір мағыналысыз және мақсатқа байланысты обьекті жүйе тәрізді қарастыру. Яғни, элемент – бұл алға қойған мақсат және нақты есепті шешу көзқарасынан қарағандағы жүйені бөлшектеудің шегі болып табылады. Жүйені элементтерге бөлшектеудің бірнеше тәсілдері қалыптастыру мақсаты және оның зерттеу барысына тәуелді.

Ішкі жүйе. Жүйе элементтерге бірден бөліне алмауы мүмкін, яғни бірінші элементтерге қарағанда әлдеқайда ірі, сонымен қатар, тұтас жүйеге қарағанда толық әртүрлі ішкі жүйеге бөлінеді. Жүйені ішкі жүйелерге бөліну мүмкіндігі өзара байланысқан, тәуелсіз функцияларды орындауға мүмкіндігі бар элементтердің шешуіне байланысты.

Осымен ішкі жүйе ішкі мақсаты қисындастырылмаған және тұтастық қасиеті орындалмайтын элементтердің қарапайым топтарынан айрықшаланады (мұндай топ үшін «компоненттер» аты қолданылады). Мысалы, АЖБ-ның ішкі жүйесі, ірі қаланың жолаушылар көлігінің ішкі жүйесі.

Құрылым. Бұл мағына латынның structurе құру, орналастыру, ретке, келтіру сөзінен шыққан. Құрылым жүйе өзгеруінде аз өзгеретін және жүйенің өміріне жауапты элементтер мен оның топтары арасындағы байланыстарды қамтамасыз етеді.

Құрылым – бұл элементтердің жиыны мен олардың арасындағы байланыс. Құрылым графикалық, теоретикалық-жинақтылық сипаттама түрінде, матрица, графа және құрылымды модельдеу тілдерінде көрсетіледі. Құрылымды көбіне иерархия түрінде көрсетеді.

Иерархия – бұл компоненттердің қажеттілік сатысы (көпсатылылық, қызметтік саты) бойынша реттеу. Иерархиялық құрылымның төменгі сатылы компоненттері мен жоғары сатыдағы компоненттері арасында қатаң бағыныштық болуы мүмкін, яғни ағаш тәріздес реті бойынша. Мұндай иерархияны әлді немесе ағаш тәріздес иерархия деп атайды. Бұлар басқару жүйесі құралдарын ыңғайлы етіп жасап, ерекше қатарда иеленеді. Бірақ байланыс иерархияның бір сатысымен ғана шектеледі. Төменгі сатыдағы бір түйін бір уақытта жоғарғы сатыдағы бірнеше түйінге бағынышты болуы мүмкін. Мұндай құрылымдарды «әлсіз байланысы бар» иерархиялық құрылым деп атайды. Иерархиялық құрылымның сатылары арасында әлдеқайда қиынырақ байланыс болуы мүмкін, мысалы, «страттар», «қабаттар», «эшелондар» деген сияқты. Иерархиялық құрылымдардың мысалдары: энергетикалық жүйелер, АЖБ, мемлекеттік аппарат.

Байланыс. «Байланыс» түсінігі «элемент» түсінігімен қатар жүйенің кез келген анықтамасына ене алады және де құрылымның пайда болуы мен сақталуына және жүйенің қасиетінің тұтастығын қамтамасыз етеді. Бұл түсінік жүйенің құрылуын (статикасын), жұмыс жасауын бір уақытта сипаттайды. Байланыс бағытымен, күшімен және сипатымен (немесе түрімен) сипатталады. Байланысты бірінші екі белгісімен бағытталған және бағытталмаған, әлді және әлсіз деп, ал сипаты бойынша – бағыну байланысы, генетикалық, тең құқылықты (немесе парықсыздар) басқару байланыстары болып бөлінеді.

Жүйеде басты рөлде «кері байланыс» түсінігі ойнайды. Бұл түсінік техникалық құрылғылар мысалдарында оңай көрсетілген, ал ұйымдық жүйелерде әрқашан қолданылмайды. Кері байланыс жүйенің өзін басқару және даму негізі болып табылады, бұлардың бар болу шарттарының өзгеруіне үйренуі.

Күй-жағдай. «Жағдай» түсінігі деп әдетте шапшаң фотосуреті, жүйені «кесу», оның дамуын тоқтатуын сипаттайды. Оны кіріс әсерлері және шығатын сигналдар (шешімдер) немесе жүйенің макропараметрлері, макроқұрамы арқылы анықтайды (мысалы, қысым, жылдамдық, физикалық жүйе үшін – жылдамдату; өнімділік, өнімнің өзіндік құны, экономикалық жүйе үшін – пайда).

Егер жағдайды анықтайтын ε элементтерін (немесе компоненттерін, функционалды блоктарды) қарастырса, «кірістерді» u басқарулары мен х қарсы болушыларға (басқарылмайтындар) бөліп тастауға мүмкіндік бар болуын және «шығыстар» (шығыс қорытындылары, сигналдар) ε, u және х, яғни z_t=f(ε_t, u_t, x_t)-ға тәуелді екенін ескерсе. Онда есептің берілгеніне байланысты жағдай былай анықталуы мүмкін, {е, u}, {ε, u, z} немесе {ε, х, u, z}.

Сайып келгенде, жағдай – бұл жүйенің қазіргі таңдағы иелік ететін бар қасиеттердің жиыны.

Мінез-құлық. Егер жүйе бір күйден екінші күйге ауыса алса, (мысалы, z₁z₂z₃), онда оны мінез-құлықпен иелік етеді деп айтады. Бұл түсінікпен бір күйден екінші күйге өту заңы белгісіз болған уақытта қолданады. Онда жүйе бір мінез-құлықпен иелік етеді және оның заңдарын анықтайды дейді. Жоғарыдағы көрсетілген анықтамаларды ескерсе мінез-құлықты мына функциямен z_t=f(z_t-1, x_t, u_t) көрсетуге болады.

Сыртқы орта. Сыртқы орта деп жүйеге кірмейтін, бірақ олардың жағдайларының өзгеруі жүйенің өзгеруіне әсер ететін түсінікті білеміз.

Модель. Жүйенің моделі деп оның құрамының анықталған тобын көрсететін жүйені сипаттау түсінігін айтады. Тереңдеп сипаттау – модельді нақтылау. Жүйенің моделін құру шарттың белгілі бір диапазонындағы мінез-құлығын анықтауға мүмкіндік береді. Жүйенің мінез-құлық моделі – бұл жүйенің күйінің өзгеру уақытындағы алдын ала болжайтын модель, мысалы: табиғилар (аналогтық), электрлік, ЭЕМ-дегі машиналық және т.б.

Тепе-теңдік – бұл жүйенің сыртқы қарсы болушылардың әрекеттерінің жоқ болуынан (немесе тұрақты әрекеттердің) өзінің күйін қалауынша сақтап қалуын айтады.

Тұрақтылық. Тұрақтылық деп жүйенің тепе-теңдік күйінен сыртқы қатысушылардың әсерінен өзгеріп, қайта орнына келуін айтады

Мұндай үйреншіктік әдетте жүйелерге ылғи қатысушылардың әсерінен болады, бірақ егер кейінге қалдыру шектен шығып кетпесе.

Жүйенің тепе-теңдік күйіне қайта оралуын, аналогиялық- техникалық тұрғыдағы жағдайды тұрақты тепе-теңдік деп атайды. Экономикалық және ұйымдық жүйелерде тепе-теңдік және тұрақтылық түсінігі – техникадағыға қарағанда әлдеқайда қиынырақ және де жүйе туралы сипаттама беру үшін бұларды осы уақытқа дейін пайдаланып келді. Кейінгі уақытта параметрлерін көрсету үшін көмектесетін күрделі ұйымдық жүйелерде осы процестердің формалдық елестету әрекеттері пайда болды.

Даму. Даму процесін зерттеуде, даму процесі және тұрақтылықтың арақатынасында, негізінде жатқан механизмдерді зерттегенде, кибернетикаға және жүйе теориясына көп көңіл бөледі. Даму түсінігі күрделі термодинамикалық және табиғаттағы, қоғамдағы ақпараттық процестерді түсіндіруге көмектеседі.

Мақсат. «Мақсат» түсінігін қолдану және онымен байланысқан мақсатқа бағытталған, мақсатқа ұмтылушылық, мақсатқа лайықтылық нақты шарттардағы түсіндірулерде қиын ұсталады. Бұлай болудың себебі ұйымдық жүйелерде мақсатқа лайықтылық процесі және өзіне лайықты мақсатты негіздеу процесі өте күрделі және аяғына дейін зерттелмеген. Оның зерттелуіне психологияда, философияда, кибернетикада көп көңіл бөлінеді. Үлкен Совет Энциклопедиясында мақсат былай анықталған: «адамның саналы қызметіндегі қорытынды алдын ала ойластырылған». Мақсатты практикада қолдану – бұл нағыз ұмтылыс жолындағы этаптарды өз уақытында орындалуын қамтамасыз ететін, коллективке болашақты немесе нақты мүмкіндікті көрсетуге мүмкіндік беретін сай (идеальное) ұмтылыс.