В.7. Информация и управление. Обратная связь.

После Второй мировой войны сформировалась новая наука кибернетика, занимающаяся вопросами управления и обработки информации, а именно: математическим описанием процессов управления в машинах, механизмах, сложных системах, в т.ч. и электронных, в живых организмах.

Рассмотрим процесс управления на примере термостата — автоматического устройства для поддержания заданной температуры (рис. 2.3). Он используется и в аппаратуре для тонких биохимических исследований, и даже в инкубаторах для выведения цыплят. Температура внутри устройства контролируется датчиком и постоянно сравнивается с заданной. Если температура понижается, то информация об этом в виде специального сигнала поступает и устройство, регулирующее электрический ток, к которому присоединен нагреватель, ток увеличивается и повышает температуру. Как только температура в устройстве достигнет заданной величины, датчик проинформирует об этом регулятор, который отключит или уменьшит ток.

В рассмотренной схеме можно выделить прямую связь — воздействие тока на температуру в инкубаторе через нагреватель, и обратную связь — информацию от датчика о температуре и, соответственно, команду (информацию) на усиление или уменьшение тока.

Управление подразумевает исполнение следующих основных функций:

• учет — должно учитываться все, что характеризует управляемый объект, в нашем примере — это температура;

• контроль — обычно контролируются показатели управляемого процесса, у нас эту функцию выполняет датчик температуры;

• анализ — например, сравнение фактической температуры с той, которая должна быть;

• нормирование — установление различных норм и нормативов, в нашем примере — это та температура, которую нужно поддерживать в инкубаторе;

• планирование — выработка плана действий по управлению процессом, у нас — это срок пребывания яиц в инкубаторе, по истечении которого должны вылупиться цыплята;

• регулирование — прямое воздействие на управляемый процесс на основании информации, полученной по обратной связи, в нашем примере это увеличение или уменьшение тока и, соответственно, температуры в инкубаторе;

• организация — подразумевает самые различные формы, в нашем случае — это организация схемы, позволяющей эффективно управлять процессом выведения цыплят в инкубаторе;

• прогнозирование — очень важная функция управления, говоря просто, это умение представлять себе, к чему могут привести последствия принимаемых решений или производимых действий. В данном примере мы должны представлять себе последствия технических неполадок, например, выхода из строя датчика, регулятора тока, устройства сравнения с заданной температурой, нарушения контакта в проводах и т.п. Нужно не только прогнозировать, но и принимать соответствующие меры на основании прогноза, в частности задублировать основные элементы схемы (например, установить два датчика), иметь в резерве ее основные элементы (например, регулятор тока, который в случае выхода из строя основного можно быстро включить в схему) и т.д.

Бывают управляющие системы без обратной связи. Они называются разомкнутыми, в таких системах информация как отклик на управляющий сигнал отсутствует.

Выводы:

1) управление в любых системах осуществляется на основании информации;

2) структура систем с обратной связью (их еще называют самоуправляемыми или замкнутыми) одинакова и не зависит от природы управляющих и управляемых элементов;

3) роль информации во всех таких системах одинакова и не зависит от природы системы.
В.8. Информация и моделирование

Моделирование позволяет лучше понять различные предметы, явления, процессы.

Виды моделирования:

1) Натурное моделирование. Суть его заключалась в том, что создавалась, как правило, уменьшенная модель, точно повторяющая формы и очертания моделируемою объекта. Вполне очевидно, что модель более доступна, чем сам объект. Воздействуя на эти модели такими факторами, как статическая нагрузка, ветер, вода, воздух, специалисты наблюдали за поведением объекта, делали определенные замеры интересовавших их параметров и с помощью формул пересчета с учетом масштабирования пытались спрогнозировать поведение реального объекта в аналогичных условиях, т.е. фактически ими анализировались информационные признаки моделей, на основании которых и делались соответствующие выводы..

2) Полунатурное моделирование. При таком процессе либо создавалась упомянутая выше модель, либо брался сам объект, и к нему присоединялись всевозможные датчики, необходимые для съема интересующей информации.

При этом появилась проблема: информация с датчиков носила аналоговый, т.е. непрерывный, характер, а компьютер работает в цифровом (дискретном, т.е. прерывистом, импульсном) режиме. Возникла потребность в аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразовании.

Для преобразования циф ровых сигналов в аналоговые используется модуляция. Демодуляция состоит в обратном — от плавной кривой перейти к совокупности дискретов.

3) Информационные модели - это описание объектов-оригиналов с помощью алгоритмов. Например, при мате­матическом моделировании некоторое явление, про­цесс или предмет описывается совокупностью математических за­кономерностей (формул, условий и т.д.), в результате чего образует­ся математическая модель, которая исследуется по специальным алгоритмам.

Основа моделирования — информация.

Очевидно, что для одного и тот же объекта можно сформировать различные модели, учитывающие разные факторы, определяющие свойства и поведение объекта. Собственно, правильный выбор таких факторов и определяет эффективность модели.

Принято различать графический (чертежи, графики, рисунки, эскизы), описательный (всевозможные словесные описания, например, словесный портрет человека), информационно-логический и математический виды представления моделей.