Управление и кибернетика. Обратная связь.

Управление и кибернетика. Управление с обратной связью.

Возникновение кибернетики

• Рождение кибернетики принято связывать с именем Норберта Винера.
• В 1948 году в США и Европе вышла книга американского математика Норберта Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине».
• Фундаментальный труд «Кибернетика»:

• провозгласил рождение новой науки - кибернетики.
• сформулировал основные положения науки киберненики.
• заложил основы современного компьютерного мира

Норберт Винер (26.11.1894 - 1964)

Известный американский математик, внёсший заметный вклад в теорию связи, участвовавший в создании первых вычислительных машин.

Киберне́тика

от др.греч. κυβερνητική — «искусство управления»

— наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации (получения, хранения, передачи и преобразования информации) в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество;

- наука об информационном управлении.

Что такое Управление ?

С позиций кибернетики,

управление - это целенаправленное воздействие одних объектов, которые являются управляющими, на другие объекты - управляемые

Модель управления (прямая связь)

Управляющее

Управляющий объект

Управляемый объект

воздействие

Простейшая ситуация - два объекта:

один- управляющий, второй- управляемый.

Примеры управления :

• человек и телевизор

включить/выключить

С телевизором через пульт управления передаются команды следующего типа:

переключить канал

увеличить/уменьшить громкость

Примеры управления :

• хозяин и собака

Сидеть!

Хозяин передает собаке команды голосом:

Лежать!

Взять!

Примеры управления :

• светофор и автомобиль

Стоять

Световые сигналы светофора шофер воспринимает как команды:

Приготовиться

Ехать

Управляющее воздействие производится в разных формах:

Человек

• нажимает клавишу поворачивает ручку управления телевизором
• нажимает клавишу
• поворачивает ручку управления телевизором

Светофор

разными

цветами

• управляет движением автомобилей управляет движением пешеходов на перекрестке
• управляет движением автомобилей
• управляет движением пешеходов на перекрестке

• голосом подает команду собаке
• голосом подает команду собаке

Хозяин

Алгоритм управления

• С кибернетической точки зрения все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд
• Последовательность команд по управлению объектом , выполнение которой приводит к достижению заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления .

Основная идея киберненитки

• С точки зрения кибернетики взаимодействие между управляющим и управляемым объектами рассматриваются как информационные процесс.

Принцип обратной связи

Норберт Винер выдвинул принцип обратной связи, заключающийся в использовании информации , поступающей из окружающей среды для изменения поведения машины.

Ученый доказывал, что благодаря обратной связи все живое приспосабливается к окружающей среде и добивается своей цели .

9

Обратная связь

• Управление происходит эффективнее, если управляющий не только отдает команды, т.е. работает прямая связь, 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 управляющему объекту

Модель управления с обратной связью

Управляющее

Управляющий объект

Управляемый объект

воздействие

Обратная связь

Примеры управления с обратной связью :

• человек и телевизор

Команда 1

• Прежде чем отдать очередную команду, человек смотрит на состояние объекта управления, на результат выполнения предыдущей команды.

Проверка выполнения

Если он не нашел нужную передачу на данном канале, то он повторит эту команду (переключит телевизор на следующий канал)

Команда 2

Примеры управления с обратной связью :

• хозяин и собака

Команда 1

• Прежде чем отдать очередную команду, человек смотрит на состояние объекта управления, на результат выполнения предыдущей команды.

Проверка выполнения

Если собака не выполнила команду «лежать!», хозяин повторит эту команду.

Команда 2

Алгоритм называется циклическим, если в нем содержится указание на повторение одних и тех же действий по некоторому условию.

Алгоритм называется ветвящимся, если в нем по определенному условию происходит выбор одного из двух действий.

16

Обратная связь

• При наличии обратной связи алгоритм может быть более гибким, допускающим проверку условий, ветвления и циклы .

16

Системы с программным управлением

• Системы, в которых роль управляющего объекта поручается компьютеру, называются

автоматическими системами с программным управлением

первое

• между компьютером и объектом управления должна быть обеспечена прямая и обратная связь
• между компьютером и объектом управления должна быть обеспечена прямая и обратная связь

второе

• в память компьютера должна быть заложена программа управления (алгоритм, записанный на языке программирования)
• в память компьютера должна быть заложена программа управления (алгоритм, записанный на языке программирования)

Условия функционирования информационной системы :

Программное управление широко используется в технических системах:

автопилот в самолете

автоматическая линия на заводе

ускоритель элементарных частиц

атомный реактор на электростанции

и пр.