Понятие кибернетической системы управления. Структура системы управления. Связи в системах управления.
Свойства целого нельзя было получить, исследуя его части. Ученые пришли к выводу, что имеют дело с новым классом объектов, который они назвали Системами. Так началась новая эпоха — эпоха систем, а первой наукой о них стала кибернетика.
Безусловно, предтечей системного подхода была статистическая физика. Американский физик Уиллард Гиббс первым отметил, что изменение состояний динамической системы можно представить в виде потока вероятности из одной области в другую. Именно в русле этого потока, как байдарка по горной реке, несутся события. Точность их определения определяется шириной и профилем течения.
Существенную роль в становлении кибернетики сыграли исследования Клода Шеннона в теории информации. Шеннон учился в Массачусетском технологическом институте, где много лет преподавал Винер, и сотрудничал с ним. Основным достижением теории информации стало единое представление в двоичном виде любых информационных источников. Это позволило упорядочить хранение и обработку разнородных данных, обеспечить надежность передачи сообщений по ненадежным каналам и ее кодирование (сжатое описание и скрытность).
Кибернетика предложила также универсальный набор понятий, применение которых должно было исчерпывающе описывать и предвидеть динамику сложных систем. Управляемый объект, с точки зрения кибернетики представляет собой вероятностную систему, состояние которой зависит от состояний множества элементов и подсистем, образующих объект управления, а также от результатов взаимодействия внутри объекта и взаимодействия самого объекта управления с внешней средой. Поведение этих элементов и характер связи подчинены статистическим законам, что не позволяет с приемлемой точностью предсказывать результат сложных и многочисленных взаимодействий в системе, а, следовательно, управлять состоянием каждого элемента и связи объекта управления. Но поскольку необходимость в управлении остается, кибернетика предлагает заменить сложный объект управления его простой моделью, например моделью типа "черный ящик", скрывающей внутреннюю структуру объекта и оставляющей "видимым", то есть доступным для управления лишь внешние связи объекта управления со средой — его "входы" и "выходы". Управляющему устройству остается анализировать внешнее поведение объекта управления, его реакцию на воздействия среды и команды самого управляющего устройства. Для этого необходимо располагать соответствующей информацией, которая поступает от объекта управления в управляющее устройство по каналу обратной связи. С течением времени такая система управления, при условии наличия в ней памяти и алгоритма обработки информации, накапливает опыт управления, приобретает свойство устойчивости — гомеостазиса, то есть свойство сохранять важнейшие параметры объекта управления в допустимых границах. Схема простейшей системы управления, иллюстрирующая введенные понятия, представлена на рис. 1.1.
Рис.
1.1. Схема простейшей (замкнутой) системы
управления