Кибернетическое определение процесса управления

Кибернетическое определение процесса управления

Вопросы и задания:

  • Для систем управления, выявленных в предыдущей задаче, назовите некоторые команды управления и скажите, в какой форме они отдаются.
  • Определите, кто играет роль управляющего и кто (или что) играет роль объекта управления в следующих системах: школа, класс, самолет, стая волков, стадо коров.
  • Что такое управление?
  • Что такое алгоритм управления?
  • Кто был основателем кибернетики? В каком году вышла первая книга по кибернетике?
  • Что представляет собой управляющее воздействие с точки зрения кибернетики?

Основные этапы в истории науки об управлении: кибернетика, общая теория систем, современная теория управления

Для суждения о том, насколько хорошо, точно и быстро выполняется задача управления, достаточно рассмотреть автоматизированный объект в кибернетическом аспекте. В этом случае абстрагируются от конкретной реализации процесса (системы) и строят кибернетическую модель процесса, которая содержит только информа­цию непосредственно характеризующую управление, а именно: — информацию о структурном расположении отдельных звеньев, т.е. об их связи в общей системе — информацию о преобразовании и обработке входных сигналов отдельных звеньев системы в соответствующие выходные сигналы. Kак правило, кибернетические модели процессов реализуются на ЭВМ с использованием программных средств.

Под информацией понимают существенные и представительные характери­стики объектов и процессов.

Такое понимание информации позволило подойти к изучению взаимодействия в природе с единой точки зрения.

Принимая во внимание общий информационный характер процессов управ­ления в технических системах, биологии, экономике и опираясь на теорию и тех­нику регулирования, ЭВМ, связи (передачи информации), Н.

Винер ввел в обиход слово «кибернетика» в 1948 г.

в книге

«Кибернетика, или управление и связь в жи­вотном и машине»

. Винер выделил новую категорию ─ «управление», описал несколько задач, типичных для кибернетики, привлек внимание к особой роли вычислительных ма­шин. Введение категории управления позволило Винеру воспользоваться поняти­ем информации, положив в основу кибернетики изучение законов передачи и пре­образования информации.

Сущность принципа управления заключается в том, что движение и действие больших масс вещества или передача и преобразование больших количеств энергии направляется и контролируется при помощи малых количеств энергии, несущих информацию. Итак, кибернетика ─ это наука об управлении, т.е.

о целенаправленном воз­действии на системы, а также о процессах передачи и обработки информации и их автоматизации в технических и нетехнических системах. Основными методами изучения информационных процессов, принятыми в кибернетике, являются методы их алгоритмизации и моделирования. Информа­ционный процесс управления представляется в виде последовательности связан­ных друг с другом и причинно обусловленных математических и логических опе­раций, представляющих собой алгоритм процесса.
Информа­ционный процесс управления представляется в виде последовательности связан­ных друг с другом и причинно обусловленных математических и логических опе­раций, представляющих собой алгоритм процесса. Кибернетика стремится установить структурное, количественное и логиче­ское сходство между процессами управления, протекающими в различных систе­мах.

Таким образом, предмет кибернетики состоит в анализе, синтезе и реализа­ции алгоритмов управления. С точки зрения методологии управления, кибернетика является отраслью знаний (наукой), которая занимается установлением общих принципов и законов управления объектами различной природы для достижения определенных целей на основе получения, переработки и использования информации. В зависимости от области знаний (например, техника, биология), к которым применяетсяалгоритмический и информационный подход, говорят о технической кибернетике, биологической кибернетике и т.д.

Кибернетическая система Основурешения любой задачи автоматизации представляет описание и моделированиесистем и процессов в них. Системойобозначаются весьма различные понятия: органическая система живогосущества, техническая система устройства автоматизации, программная системаЭВМ, система уравнений в математике, философские системы в истории философии. Любая система состоит из частей (элементов), между которыми существуют определенные связи или соотношения.

Каждая система по-своему отвечаетна входные воздействия, каждая имеет свои свойства и каждая система изменяетсвое состояние.

В кибернетикеотвлекаются от конкретных особенностей отдельных систем и выделяютобщие для некоторого множества систем закономерности.

Эти закономерности описывают изменение состояния системы при различных управляющих воздействиях.Таким образом, кибернетика рассматривает абстрактные системы. Этот переход носит такой же характер, как переход от изучения действий над кон­кретными числами в арифметике к действиям с абстрактными числами в алгебре На рис.

3.1. изображена кибернетическая система и ее связь со средой.

Здесь

─входные воздействия среды на объект,

— выходные воздействия объекта на среду.

Рис. 3.1.Кибернетическая система Применимость понятия «кибернетическая система» к определенной системе зависит не только от нее самой, но также и от точки зрения и целей исследовате­ля, рассматривающего эту систему. Поэтому одна и та же система не всегда рас­сматривается как кибернетическая. Например, самолет может рассматриваться как кибернетическая система в процессе создания автопилота, а также как конст­рукция, обладающая определенной жесткостью, или как тело с определенными аэродинамическими свойствами.
Например, самолет может рассматриваться как кибернетическая система в процессе создания автопилота, а также как конст­рукция, обладающая определенной жесткостью, или как тело с определенными аэродинамическими свойствами.

Управляемость и организованность Кибернетика как наука об управлении изучает не все системы, а только те, которые являются управляемыми. Управляемые (кибернетические) системы способны изменять свое состояние под влиянием управляющих воздействий.

Кибернетическими системами являются, например, управляемый автомобиль, воинское соединение, выполняющее маневр, холодильный шкаф, поддерживающий заданную температуру. Таким образом, термин «кибернетическая система» характеризует не только и даже не столько определенный класс систем, сколько подход к их рассмотрению, основанный на изучении свойств и особенностей системы как управляемой. Свойством управляемости, очевидно, может обладать не любая система Необходимым условием управляемости является организованность системы, т.е.

наличие определенной структуры.

Однако не все организованные системы являются кибернетическими (управляемыми), хотя все кибернетические системы обладают определенной организованностью.

Так, живые организмы являются высокоорганизованными, а газ, со стоящий из молекул, имеет нулевую организованность. Рассмотрим структуру управления, представленную на рис. 3.2. Рис. 3.2. Структура управления Объектуправления (с технической точки зрения) ─ это часть установки, на которую оказывается управляющее воздействие.
3.2. Рис. 3.2. Структура управления Объектуправления (с технической точки зрения) ─ это часть установки, на которую оказывается управляющее воздействие.

Другими словами, объект ─ это физическоеустройство, представляющее интерес с точки зрения его применения. Цель воздействия─ выполнение задачи управления. При этом непосредственное воздействиена объект оказывает исполнительный орган.

Часто его не отделяют от объекта. Объектобычно определяется постановкой задачи. Граница объекта начинается от точкивоздействия управляющего сигнала на поток энергии или вещества и заканчивается в точке измерения управляемой величины.

Управляющееустройство, называемое также регулятором ─ это совокупность звеньев, служащих для воздействия на объект через исполнительный орган.

Устройствоуправления включает звенья сбора информации, ее обработки и передачи к исполнительному органу.

Звеньяобъекта и устройства управления называются элементарными звеньями. Информация передается звеньями с помощью входных и выходных сигналов.Управляющие входные сигналы называют исполнительными сигналами, авыходные сигналы ─ управляемыми сигналами. Если входной сигнал, воздействующий на объект, не является управляемым, то он называется сигналом помехи.

Если входной сигнал, воздействующий на объект, не является управляемым, то он называется сигналом помехи. Движение системы Чтобы выполнялся достаточный признак управляемости системы, в ней должно существовать множество возможных «движений», из которого производится выбор предпочтительного движения. Управления не может быть там, где нет выбора.

В кибернетике под «движением» понимают всякое изменение объекта во вре­мени.

Например, изменение температуры тела, изменение заряда конденсатора, изменение объема или давления газа, изменение запасов сырья на складе, жизнь и мышление рассматриваются как весьма сложные формы движения. В механике термин «движение» применяется в узком смысле и означает изменение положения объекта в пространстве с течением времени. С точки зрения управления в закономерностях движения разных объектом есть много общего.

Для выделения и изучения этих закономерностей в кибернетике и теории управления используют различные способы описания движения. Входные и выходные величины, сигналы состояния (координаты пространства состояний системы ─ фазового пространства) связываются через математические преобразования. В движении эта связь описывается уравнениями динамики.

Изменение состояния системы происходит во времени, в результате так называемого переходного процесса.

В таком случае система называется динамической.

Динамическая система может иметь три типа поведения, или три режима работы:

  1. 15.03.20157.69 Mб
  2. равновесный, когда состояние системы не изменяется во времени (в фазовом пространстве это изображающие точки);
  3. Понятие системы в кибернетике и ее свойства.
  4. 15.03.20151.22 Mб
  5. Что такое объект управления и управляющее устройство?
  6. 15.03.2015234.21 Кб
  7. 15.03.2015144.38 Кб
  8. 15.03.201510.76 Mб
  9. 15.03.20151.47 Mб
  10. переходный ─ режим движения из некоторого начального состояния к другому установившемуся состоянию (равновесному или периодическому) под действием изменения внешнего воздействия или изменения внутренних свойств систе­мы (фазовая траектория в фазовом пространстве);
  11. Как описывается кибернетическая система? Стр 5 из 26 » Соседние файлы в предмете
    • 15.03.2015234.21 Кб
    • 15.03.201510.76 Mб
    • 15.03.20151.22 Mб
    • 15.03.2015174.08 Кб
    • 15.03.20151.47 Mб
    • 15.03.20157.69 Mб
    • 15.03.2015338.43 Кб
    • 15.03.2015113.66 Кб
    • 30.10.20181.69 Mб
    • 15.03.2015136.93 Кб
    • 15.03.2015144.38 Кб

    Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:

  12. 30.10.20181.69 Mб
  13. Динамическая система и ее режимы.
  14. Понятие движения в кибернетике.
  15. 15.03.2015338.43 Кб
  16. периодический, когда система через равные промежутки времени приходит в одни и те же состояния.
    Описание систем Графически система изображается двумя основными способами: структурной схемой и сигнальным графом.
    Например, если элемент описывается уравнением

    p2y(t) + apy(t) + by(t) = x(t), , (3.

    1) То его структурная схема и сигнальный граф примут следующий вид рис.3.3. и 3.4). Рис. 3.3. Структурная схема Рис. 3.4 Сигнальный граф Вструктурной схеме (рис.

    3.3) элементы являются передаточными звеньями элементов асвязиизображают входные и выходные сигналы. В сигнальном графе (рис. 3.4) элементы представляют собой сигналы (узлы), а линиипередаточные звенья (направленные стрелки или ветви). Элементыможно представить как во временном, так и частотном диапазоне.

    Во временной области передаточное звено описываетсяоператором F{…}, который преобразуетфункцию входного сигнала Х(t)в функцию выходного сигнала Y(t): Y(t) = F{X(t)}.

    (3.2) К важнейшимоператорам относятся оператор константы F = c, дифференциальный оператор

    ,интегральный оператор F = ∫dt. В частотномдиапазоне изображения входного и выходного сигналов связаны передаточной функцией: W(s) = , s = α + jω(3.3) Основнымразделом методологии автоматизации является расчет и созданиесистемавтоматического управления (САУ).

    Системыавтоматического управления обычно делят на два класса: — циклическиеавтоматические системы (станки-автоматы, автоматические линии), — ациклические системы, также называемые информационными системами. В задачитехнической кибернетики входит изучение информационных автоматических систем по двум направлениям: — реализацияпринципов управления, открытых в живой природе, — изучение человека как звена системы управления.

    Прикладнаядисциплина, изучающая общие принципы и методы построения автоматических систем, т.е. автоматических машин, агрегатов, цехов, заводов, выполняющих поставленные перед ними цели без непосредственного участия человека, называется автоматикой.

    Она включает в себя теорию элементов систем управленияи теорию автоматического управления (ТАУ). ТАУ является теоретической основой технической кибернетики.

    Вначале она создавалась дляизучения статики и динамики процессов автоматического управления техническимиобъектами. В настоящее время результатами ТАУ пользуются для изучения систем управления экономическими, организационными, биологическимии другими объектами.

    Теорияавтоматического управления имеет целью решение прикладных инженерныхзадачи поэтому вынуждена использовать весьма сложный математическийаппарат.

    Однако надо помнить, что он играет вспомогательную роль и приобретает значение в том случае, когда дает метод решения проблем ТАУ в виде алгоритма(модели), позволяющего довести решение до числовых значений.

    Разработкарабочего аппарата для анализа и расчета представляет собой порой не менеесложную задачу, чем разработка общего математического метода.

    Техническая кибернетика и теория автоматического управления составляют научнуюоснову автоматизации и, в частности, автоматизации промышленных производственныхпроцессов.