1.2. Управление. Управляемая (кибернетическая) система
Технические устройства(системы), используемые в современном обществе, имеют различную физическую основу, предназначены для решения всевозможных задач и разными методами. Но в каждом из них предусматривается возможность воздействия на него для изменения режима работы. Воздействия, в частности, необходимы для того, чтобы цель достигалась при минимальны затратах времени, материалов, энергии и т.п.
Например:
· токарный станок позволяет обрабатывать детали. Однако, при этом, необходимо предусмотреть возможность изменения подачи резца и скорости перемещения детали;
· автомобиль перемещается по земной поверхности, но водитель должен иметь возможность изменять скорость и направление движения.
Операции, изменяющие нужным образом поведение технических устройств, называется операциями управления.
Операции управления задают начало, конец, устанавливают порядок действий, задают нужную скорость, направление и т.д.
Они необходимы потому, что на каждое техническое устройство влияют внешние факторы (в примерах – качество материала заготовки и рельеф пути следования). Кроме того, обычно каждое техническое устройство создается для решения многих задач. Поэтому для получения нужных результатов работы устройства им необходимо управлять (что-то менять непрерывно или в дискретные моменты времени). Функции управления во многих технических устройствах выполняет человек.
Если рассмотреть управляемые объекты (системы), то можно подметить в них нечто общее – целенаправленную деятельность. Н. Винер в 1948г. в своей книге «Кибернетика или управление и связь в животном и машине» (2-е изд. М.: Наука, 1983г.) высказал идею о всеобщности управления для достижения цели.
Управление – воздействие на объект для достижения цели. То есть управление представляет собой такую организацию того или иного процесса, которая обеспечивает достижение заданной цели.
Нас интересует анализ процесса управления, специфика взаимодействия объекта со средой, поэтому мы выделяем объект из среды с целью управления им и называем его «объектом управления».
В управляемой системе может быть выделен управляющий механизм (управляющее устройство - УУ) и управляемая часть (объект управления) – рис.1.1.
Рис. 1.1. Схема функционирования произвольной системы управления
По каналу А осуществляется целенаправленное воздействие на объект. По каналу В передается информация, необходимая для формирования управления.
Особенность всякого управляющего устройства заключается в целенаправленности действия. Управляющее устройство действует на объект, чтобы он достиг своего «идеала», сформулированного в виде цели. Например, у терморегулятора цель – это температура в печи (в холодильнике), которую он должен поддерживать; у автопилота цель – нужное положение самолета в пространстве и т.п.
Простейшие управляющие системы никогда не являются изолированными. Они взаимодействуют с внешней средой, друг с другом, могут составлять более сложные управляемые системы, образуя иерархию управляемых систем.
Кибернетика как наука об управлении изучает не все системы (объекты) вообще, а только управляемые системы (кибернетические системы). Это такие системы, которые способны изменять свое состояние (движение) под влиянием управляющих воздействий. Примеры кибернетических систем: управляемый автомобиль; воинское соединение, выполняющее маневр; холодильный шкаф.
В кибернетике отвлекаются от конкретных особенностей отдельных кибернетических систем и, выделяя общие (для некоторого множества систем) закономерности, описывающие изменение их состояния при различных управляющих воздействиях, рассматривают абстрактные кибернетические системы (в дальнейшем просто «системы»). Этот подход носит такой же характер, как переход от изучения действий над конкретными числами – в арифметике к действиям с абстрактными числами – в алгебре.
Такую систему и ее связь со средой можно изобразить, как показано на рисунке 1.2.
А – входные воздействия (среды на объект)
В – выходные воздействия (объекта на среду)
Рис. 1.2. Абстрактная (кибернетическая) система
Применимость понятия «кибернетическая система» к определенной системе зависит не только от самой системы, 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 изучаться как управляемая система в процессе создания автопилота, как конструкция, обладающая определенной жесткостью и как тело с определенными аэродинамическими свойствами.
Таким образом, термин «кибернетическая система» характеризует не только и даже не столько определенный класс систем, сколько подход к их рассмотрению; подход, 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[6].
Разумеется, не все организованные системы являются кибернетическими системами, хотя все кибернетические системы обладают определенной организованностью.