КИБЕРНЕТИКА И ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
В СЛОЖНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Кибернетика (от греческого – управление, искусство управления) возникла в 40-е годы XX века в результате практической потребности в повышении качества управления в производственно-технической, хозяйственной, политической, военной и других областях человеческой деятельности. Рождение кибернетики связано с выдающимся американским математиком Н. Винером, который в 1948 г. опубликовал книгу « Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». В этой книге он сформулировал основные идеи и принципы этой науки. Возникновение кибернетики было подготовлено всем предшествующим развитием науки – теории автоматического регулирования, теории игр и оптимальных решений, математической логики, теории переработки и передачи информации, теории алгоритмов, радиоэлектроники, физиологии и др. наук. Решающую роль в появлении и развитии кибернетики имело появление быстродействующих ЭВМ.
В создании кибернетики принимали участие многие ученые: Д. Биглоу, К. Шеннон, И.М. Сеченов, И.П. Павлов, А.М. Ляпунов, А.А. Марков, А.Н. Колмогоров и др.
Одной из основных идей кибернетики явился новый взгляд на составляющие, из которых состоит окружающий нас мир. Классическое представление о мире, состоящем из материи и энергии, уступило место представлению о мире, состоящем из материи , энергии и информации. Без информации немыслимы организованные системы, но именно такими системами являются живые организмы и созданные человеком управляемые системы. Они являются не только организованными, но и сохраняют свою организованность со временем, не растрачивая ее, как следовало бы из второго начала термодинамики.
|
|
Кибернетика – это наука об управлении и связи, оптимальном управлении, о восприятии, хранении и переработке информации, об алгоритмах переработки информации, о причинных связях.
Таким образом, существует несколько уровней определения кибернетики. В первом приближении: кибернетика – это наука, изучающая математическими методами управляющие системы и процессы управления – наука об управлении.
Во втором приближении – кибернетика – это наука о процессах приема, передачи, переработки и хранения информации. И, наконец, кибернетика – наука, изучающая способы создания, раскрытия строения и тождественного преобразования алгоритмов, описывающих процессы управления, протекающие в действительности.
Понятие информации является одним из основных в кибернетике. В кибернетике под информацией в самом широком смысле понимают определенную связь между двумя или несколькими объектами любой физической природы.
|
|
В более узком значении понятие информации есть определенная сторона взаимодействия, которая несет сведения о взаимодействующих объектах, используемые для выработки управляющих воздействий. Понятие «информация» часто трактуется как «сведения». Бит – двоичная единица количества информации, она оперирует двумя возможностями – да или нет. Числа в двоичной системе записываются последовательностью нулей и единиц. За время существования человечества написано » 108 книг. Все книги содержат информацию 5.1014 бит. Известно классическое определение информации по Эшби как меры структурного разнообразия. Информация – мера изменения во времени и пространстве структурного разнообразия систем.
Кибернетика характеризуется как наука о способах восприятия, передачи, хранения, переработки и использования информации. Согласно теории информации, понятию информации присущ признак упорядоченности, организованности. Информация – мера организованности системы в противоположность понятию энтропии как меры неорганизованности, хаоса.
Область применения кибернетики – это машины, живые организмы и их объединения.
Другими словами, кибернетика – это наука об управлении в машинах, живых организмах и их объединениях на основе получения, хранения, переработки и использования информации. Кибернетика – это наука об управлении в кибернетических системах. Кибернетические системы это сложные динамические системы любой природы (технические, биологические, социальные, экономические, административные) с обратной связью.
|
|
Сложными динамическими системами называются такие системы, которые содержат в себе множество более простых, взаимодействующих друг с другом систем и элементов, которые меняются, т.е. под воздействием определенных процессов переходят из одного устойчивого состояния в другое.
Для кибернетики характерен макроскопический подход: она рассматривает систему как единое целое, отвлекаясь от внутреннего строения системы, как « черный ящик», способный функционировать с помощью потоков информации.
Кибернетика изучает только управляемые системы. Одной из особенностей управляемой системы является способность изменять свое состояние под влиянием управляющих воздействий. У управляемых систем всегда существует некоторое множество возможных изменений, из которого производится выбор предпочтительного изменения. Поведение любой управляемой системы всегда изучается с учетом ее связей с окружающей средой. Сложные динамические системы часто представляют собой самоорганизующиеся системы. В зависимости от выделения той или иной ведущей группы свойств их называют так же саморегулирующимися, самонастраивающимися, самообучающимися системами.
|
|
Саморегулирующимися называют такие системы, которые способны при изменении внешних или внутренних условий их функционирования и развития сохранять или совершенствовать свою организацию с учетом прошлого опыта.
Примеры самоорганизующихся систем: живая клетка, организм, биологическая популяция, человеческий коллектив, машина-автомат, робот.
Так как в сложных системах имеют место процессы самоуправления и применяются операции управления, то они называются управляющими системами или системами управления. Система управления состоит из двух подсистем: управляющей и управляемой.
Управляющая система воздействует на элементы управляемой системы и приводит ее в соответствие с заданным алгоритмом или целью в новое состояние.
Процесс управления осуществляется в соответствии с задачей или целью управления. Управляющая система вырабатывает команды, которые поступают в управляемую систему и приводят ее к изменению. От управляемой системы по каналу обратной связи передаются сигналы, несущие информацию о том, как выполнены команды. В соответствие с этим управляющая система вырабатывает новые, корректирующие команды. Это происходит до тех пор, пока цель управления не оказывается достигнутой.
|
телями.
Для систем любой природы понятие «управление» можно сформулировать следующим образом: управление – это воздействие на объект, выбранное на основании имеющейся информации из множества возможных внешних воздействий, улучшающее его функционирование или развитие.
Обратная связь является одним из важнейших понятий кибернетики. Механизм обратной связи – это реакция системы на внешнее воздействие. Точнее, механизм обратной связи – это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией. Обратная связь, увеличивающая влияние входного воздействия на выходную величину элемента системы, называется положительной, а уменьшающая это влияние – отрицательной. Отрицательная обратная связь способствует восстановлению равновесия в системе при нарушении его внешним воздействием. Положительная обратная связь вызывает еще большее отклонение от положения равновесия.
Примером управляемой системы является человек. У него в качестве управляющего устройства выступает мозг. В качестве объекта управления могут выступать руки. Управляющими воздействиями являются мускульные усилия. Сигналы управления вырабатываются мозгом и передаются по каналам нервной системы.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 741; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!