Информатика.  Тема 2.3.  Управление процессами.

Информатика и управление.

После Второй мировой войны сформировалась новая наука – кибернетика, занимающаяся вопросами управления и обработки информации. Её создателем был Норберт Винер, который утверждал, что понятия «информация» и «управление» неразрывно связаны между собой, ибо «Информация – это основа управления». Само слово «кибернетика» далеко не ново, оно встречалось ещё в древней Греции, так у Платона это слово обозначало искусство управления кораблем. Известный французский физик Андре-Мари Ампер называл кибернетикой науку об управлении государством.

Андре-Мари Ампер

Норберт Винер (1894 – 1964), изучавший различные технические и биологические системы, обратил внимание, что работу любой системы управления можно представить в виде схемы (рис.1). 

В 1948 г. он выпустил в свет книгу «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», в которой обобщил свои наблюдения, сформулировал общие

Рис.1

принципы построения и работы управляющих систем, показал ключевую роль информации в них. Так началась вторая жизнь придуманного Ампером слова, ставшего названием новой науки.

Управление -- это целенаправленное воздействие управляющего объекта на управляемый для организации его функционирования заданным образом. Оказывается, самые разнообразные процессы управления (в природе, обществе, технических устройствах) происходят сходным образом, основаны на одних и тех же принципах.

Любое управляющее воздействие, в какой бы форме оно производилось, можно рассматривать как информацию, передаваемую в форме команд. Например, при нажатии кнопки на пульте управления телевизором мы передаем команду "переключить канал". Как сказано в определении, команды отдаются не случайно, а целенаправленно. Иногда цель достигается после исполнения одной команды, чаще приходится пользоваться последовательностью команд. Вы уже знаете, что такая последовательность называется алгоритмом.

Достаточно ли односторонней передачи информации (только от управляющего объекта к управляемому)?

Иногда, да. Но чаще желательно (а нередко, и необходимо) иметь возможность реагировать на изменения реальной ситуации, т.е. управляющий объект должен получать информацию от управляемого объекта и, в зависимости от его состояния, так или иначе менять управляющее воздействие. Для передачи информации о состоянии управляемого объекта служит обратная связь. Системы управления, содержащие ветвь обратной связи, называются замкнутыми, а не имеющие ее -- разомкнутыми.

При отсутствии обратной связи алгоритм управления может содержать только однозначную линейную последовательность команд. Именно такими алгоритмами мы и занимались до сих пор. Когда обратная связь существует, алгоритм может иметь гораздо более сложную структуру, и соответственно, быть гораздо "интеллектуальнее". Чтобы автоматическая система могла получить информацию о состоянии управляемого объекта и внешней среды, необходимы специальные устройства -- датчики (Например, датчик температуры, датчик вибрации, датчик освещенности и т.д.).

В ЛогоМирах тоже есть датчики -- устройства, передающие компьютеру значения, в зависимости от состояния системы или своих аргументов.

Таким образом, в процессе управления используется информация о фактическом состоянии объекта управления, такая информация называется текущей или рабочей. Обратная связь – информация о текущем состоянии объекта, которая позволяет корректировать поведение объекта управления.

В простейшем случае управляющий объект посылает свои команды исполнительному объекту, без учета его состояния. В этом случае воздействия передаются только в одном направлении, такая система называется разомкнутой.Такой процесс не учитывает состояние управляемого объекта и обеспечивает управление по прямому каналу (от управляющего объекта к управляемому). Подобные системы управления называются разомкнутыми.

 

 

 

 

 

 

Разомкнутыми системами являются всевозможные информационные табло на вокзалах и аэропортах, которые управляют перемещениями пассажиров. К рассматриваемому классу систем можно отнести и современные программируемые бытовые приборы.

Как правило, описанная схема управления не очень эффективна и нормально работает только до возникновения экстремальных условий. Так, при больших потоках транспорта возникают пробки, в аэропортах и вокзалах приходится дополнительно открывать справочные бюро, в микроволновой печи при неправильной программе может произойти перегрев и. т. п.

Более совершенные системы управления отслеживают результаты деятельности управляемой системы. В таких системах дополнительно появляется дополнительный информационный поток - от объекта управления к системе управления; его принято называть обратной связью. Именно по каналу обратной связи передаются сведения о состоянии объекта и степени достижения (или, наоборот, не достижения) цели управления.
В том случае, когда управляющий объект получает информацию о реальном положении управляемого объекта по каналу обратной связи и производит необходимые перемещения по прямому каналу управления, система управления называются замкнутой. Главным принципом управления в замкнутой системе является выдача управляющих команд в зависимости от получаемых сигналов обратной связи. В такой системе управляющий объект стремится скомпенсировать любое отклонение управляемого объекта от состояния, предусмотренного целями управления.
Обратную связь, при которой управляющий сигнал стремится уменьшить (скомпенсировать) отклонение от некоторой поддерживаемой величины, принято называть отрицательной.

Примером замкнутых систем управления является хорошо знакомое вам обучение в классе. Здесь управляющую систему представляет учитель, а ученики являются объектом управления. Прямой канал передачи информации - что передача знаний учителем, а обратная связь - ответы учеников, результаты контрольных работ, сочинения и т. п. Благодаря обратной связи в результате анализа проведенной контрольной учитель может, например, провести дополнительный урок по данной теме или, наоборот, особо отличившихся учеников освободить от заданий.

Или можно рассмотреть систему автополива комнатных растений. В качестве управляющего объекта выступает  автоматическая система в основе которой блок управления, объектом управления в этом случае являются клапаны подачи воды, распылители и т.п. Для реализации обратной связи передача информации на блок управления осуществляется  от датчиков влажности, датчика дождя. 

-------------------------

Источники:

Энциклопедия "Информатика", издательства "Аванта".

Информация и управление. Обратная связь. URL: http://macedu.narod.ru/edu/posob/inf_9_1_7.html

НАПИШИТЕ МНЕ

© 2016 Панфилова Т.Б.