Билет 2
Вопрос 1 Информация и управление. Замкнутые и разомкнутые системы управления, назначения обратной связи.
в 1948 г. в США вышла книга американского математика Норберта Винера (кибернетика, или упровление и связь в животном и машине), которая провозгласила рождение новой науке – кибернетики. Не случайно время появления этого научного направления совпало с созданием первых ЭВМ. Н. Винер прадвидел, что использование ЭВМ для упровления станет одним из важнейших их приложений, а для этого потребуются глубоки теоретический анализ самого процеса упровления. С позиции кивернетики взаимо действие между упровляющим и упровляемым объектами рассматривается с информационной точки зрения. С этой позиции оказалось, что самые разнообразные процессы управления происходят сходным образом, подчиняются одним и тем же принципам.
Обсудим, что такое управленис с кибернетической точки зрения.
УПРАВЛЕНИЕ- это есть целенаправленное воздействие управляющего объекта на объект управления, осуществляемое для организации функционирования объекта управления по заданной программе.
Простейшая ситуация- два объеекта: один- управляющий, другой –управляемый. Например, человек и телевизор, хозяин и собака, светофор и автомобиль. В первом приближении взаимодйствие между такими объектами можно описать следующей схемой:
Управляющий объект
Управляемый объект
Управляющее
воздействие
В приведенных программах управляющее воздействие производится в разной форме: человек нажимает клавишу или поворачивает ручку управления телевизором, хозяин голосом подает собаке команду, светофор разными цветами управляет движением автомобилей на перекрестке.
С кибернетической точки зрения все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд. В примере с телевизором через технические средства управления передаются команды типа (включить – выключить), (переключить канал). Хозяин передает собаке команды голосом. Световые сигналы светофора шофер воспринимает как команды.
В данном выше определении сказано, что управление есть целенаправленный процесс, команды отдаются не случайным образом, а с вполне определенной целью. В простейшем случае цель может быть достигнута после выполнения одной команды. Для достижения более сложной цели бывает необходимо выполнить последовательность (серию) команд. Последовательность команд, приводящая к заранее поставленной цели, называется алгоритмом. В приведенных выше примерах телевизор, собака, автомобиль являются исполнителями алгоритма, направленных на вполне конкретные цели (посмотреть интересующую передачу, выполнить определенных задание хозяина, благоприятно проехать перекресток).
Итак, мы видим, что кибернетический подход объединяет как материальные, так и информационные процессы, в которых имеет место управление.
Если внимательно обдумать рассматриваемые примеры, то приходишь к выводу, что строго в соответствии со схемой на рис. 1 работает только система (светофор- автомобили). Светофор (не глядя) управляет движением машин, не обращая внимание на обстановку на перекрестке. Совсем иначе протекает процесс управлением телевизором или собакой. Прежде чем отдать очередную команду, человек смотрит на состояние объекта управления, на результат выполнения предыдущей команды. Если он не нашел нужную передачу на данном канале, то переключит телевизор на следующий канал; если собака не выполнила команду (лежать) хозяин повторит эту команду. Из этих примеров можно сделать вывод, что управляющий не только отдает команды, но и принимает информацию от объекта управления о его состоянии. Этот процесс называется обратной связью.
Обратная связь – это процесс передачи информации о состоянии объекта управления к управляющему объекту.
Управляющее
воздействие
Управляющий объект
Управляемый объект
Управлению с обратной связью соответствует следующая схема:
Системы управления с обратной связью называются замкнутыми системами управления, а системы управления, не имеющие корректирующей обратной связи, - разомкнутыми.
В варианте управления без обратной связи алгоритм может представлять собой только однозначную последовательность команд. Например, алгоритм работы светофора:
Красный –желтый –зеленый –красный – желтый –зеленый и т. д.
Такой алгоритм является линейным, или последовательным.
При наличии обратной связи алгоритм может быть более гибким, допускающий альтернативы и повторения. При этом сам управляющий должен быть достаточно (интеллектуальным) для того, чтобы, получив информацию по обратной связи, проанализировать ее и принять решение о следующей команде. Во всех случаях, где управляющим является человек, это условие выполнено.
Если место светофора на перекрестке дорог работает милиционер –регулировщик, то управление движением станет более рациональным. Регулировщик следит за скоплением машин на пересекающихся дорогах и дает (зеленую улицу) в том направлении, в котором в данный момент это нужнее. Нередко из-за (безмозглого) управления светофора на дорогах возникают (пробки), и тут непременно приходит на помощь регулировщик.
Таким образом, при наличие обратной связи и (интеллектуального) управляющего, алгоритмы управления могут иметь сложную структуру, содержавшую альтернативные команды (ветвления) и повторяющиеся команды (цикл).
Системы, в которых роль управляющего поручает компьютеру, называются автоматическими системами с программным управлением. Для функционировании такой системы, во-первых, между ЭВМ и объектом управления должна быть обеспечена прямая и обратная связь, во-вторых, в память компьютера должна быть заложена программа управления (алгоритм, записанный на языке программирования). Поэтому такой способ управления называют программным управлением.
Еще раз сформулируем суть кибернетического подхода к процессу управления:
управление есть информационное взаимодействие между объектом управления и управляющей системой;
управляющая информация передается по линии прямой связи в виде команд управления;
по линии обратной связи передается информация о состоянии объекта управления;
последовательность управляющих команд определяется алгоритмом управления;
без учета обратной связи алгоритм может быть только линейным, при наличии обратной связи алгоритм может иметь сложную структуру, содержавшую ветвления и циклы.
Кибернетика по такой схеме описывает управления в технических системах, в живом организме и даже в человеческом обществе.