Зыкина А.В. Лекции по кибернетике - файл n1.doc

Зыкина А.В. Лекции по кибернетике
скачать (65 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc362kb.19.09.2005 21:38скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5
Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования


Омский государственный технический университет

А.В. Зыкина

КИБЕРНЕТИКА
Конспект лекций


Омск 2005

УДК 007(075)

ББК 32.81я73

З 96


Рецензенты:

О.В. Кириченова, канд. физ.-мат. наук, доц. ОмГПУ;

И.И. Семенова, канд. техн. наук, доц. СибАДИ

Зыкина А.В.

З 96 Кибернетика: Конспект лекций /А.В. Зыкина. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. –

28 с.


В конспекте лекций приводятся основные положения из теории кибернетических систем. Даются общие методологические проблемы анализа систем, их организации и управления ими. Изложены основы теории информации.

Конспект лекций предназначен для студентов специальности 030301 – Психология

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета.
УДК 007(075)

ББК 32.81я73

© А.В. Зыкина, 2005

© Омский государственный

технический университет, 2005

1. ПРЕДМЕТ И ИСТОРИЯ КИБЕРНЕТИКИ


В природе, в обществе и в технике – повсюду наблюдаются системы, состоящие из так или иначе связанных между собой элементов или составных частей, обусловливающих существование и действие каждой системы. Таковы Солнечная система, живой организм, промышленное предприятие, любое транспортное средство и т. д. Каждая такая система существует, пока сохраняет свое единство, но ее состояние всегда находится в процессе изменения.

Состояние Солнечной системы, например, изменяется вследствие движения составляющих ее тел.

Катер, идущий по волнам, также представляет собой систему, все части которой (корпус, двигатель, винт, руль и т. д.) обеспечивают ее сохранение в плавании и выполнение ее назначения – движение по требуемому курсу. Состояние катера при этом все время изменяется.

Состояние всякой системы определяется или описывается с помощью характеризующих его величин, рассматриваемых в функции времени.

Для катера, например, такими величинами будут скорость его движения по курсу, а также угловые и линейные перемещения, обусловленные качкой, и производные этих перемещений по времени.

На примере катера видно, что состояние системы может изменяться под влиянием испытываемых ею действий. Здесь, с одной стороны, имеются возмещающие воздействия в виде ветра и волн, а с другой – управляющие воздействия, которые производит управляющий катером человек, пользуясь рулевым устройством и регулируя работу двигателя.

Изменение состояния всякой системы изучают, рассматривая характеризующие ее величины и их производные как функции времени и воздействующих факторов. Какова бы ни была природа таких величин и факторов, установление их связи во времени представляет собой задачу, вполне аналогичную тем, которые решаются в динамике. Поэтому рассматриваемые в таком аспекте системы называют динамическими.

Состояние динамической системы определяется взаимосвязью характеризующих ее и воздействующих на нее величин и их производных по времени.

Воздействия, влияющие на динамическую систему, могут иметь установившийся на длительное время характер, при котором возникающие в системе изменения периодически повторяются, как это происходит в Солнечной системе.

В других случаях эти воздействия появляются эпизодически или же имеют случайный характер и вызывают неожиданные изменения.

В первом случае имеет место установившийся режим, или установившийся процесс изменения состояния системы, во втором – переходный режим, или переходный процесс.

Катер, идущий с постоянной скоростью по неизменяемому курсу при штиле, находится в установившемся режиме, проходя одинаковые расстояния за одинаковые отрезки времени; при наличии же ветрового волнения он не выходит из переходного режима.

Возмущающие воздействия могут нарушать действие системы и угрожать ее существованию. Так, волны и ветер могут не только замедлять движение катера и сбивать его с курса, но и опрокинуть его. В таких условиях система может сохранить свое существование или свои функции, лишь приспосабливаясь к возмущающим воздействиям. А это достигается благодаря управляющим воздействиям. Человек, управляющий катером, действует так, чтобы плавание продолжалось по заданному курсу, несмотря на ветер и волны.

Таким образом, управление обеспечивает целенаправленное приспособление системы к возмущающим воздействиям. Это осуществляет каждый живой организм, являющийся системой, которая обладает регулирующими органами, позволяющими сохранять жизнеспособность в различных условиях внешней среды. Достаточно указать на то, что температура тела теплокровных организмов колеблется в одних и тех же узких пределах при значительных изменениях температуры окружающей среды, так как это необходимо, чтобы организм не разрушался. Живой организм управляет своими движениями и многими другими функциями. Для этого служат управляющие системы, которыми он обладает. Ни один живой организм не мог бы существовать без таких управляющих систем. Их расстройство приводит к различным заболеваниям и к гибели живых существ.

Чем сложнее задача приспособления к окружающим условиям и воздействиям, тем сложнее должно быть устройство динамической системы. Но каковы бы ни были эти системы, процессы управления ими подчиняются некоторым общим закономерностям и характеризуются сходными явлениями. Эти закономерности и явления изучает кибернетика – наука об управлении системами. При этом кибернетика изучает и процессы управления, и системы, в которых эти процессы осуществляются.

Современная кибернетика находит и исследует закономерности, общие для всех процессов управления, в какой бы области они ни протекали. Она получила развитие с того времени, когда было обращено внимание на общность проблем, относящихся к управлению машинами и живыми организмами.

Первое систематическое изложение идей этой науки дал Норберт Винер в изданной в 1948 году книге «Кибернетика». В этой книге Винер впервые определил содержание и задачи новой науки об управлении и связи в живых организмах и в машинах и предложил ее назвать кибернетикой. Поэтому общепризнано, что эта наука начала свое существование в 1948 году, а Винер является ее основателем.

Впоследствии с той же точки зрения начали рассматривать социально-экономические проблемы управления, и было обнаружено, как заметил известный английский кибернетик Уильям Росс Эшби, много «интересных и многообещающих параллелей между машиной, мозгом и обществом».

«Кибернетика стала наукой об общих принципах управления и о применении их в технике, в человеческом обществе и в живых организмах», – так определил ее содержание академик А. И. Берг, возглавивший кибернетическое направление научных исследований в СССР.

2. ОСНОВАНИЯ ТЕОРИИ КИБЕРНЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ


Фундаментальная проблема теории кибернетических систем состоит в выяснении законов организации, поведения и развития реальных систем. Эту проблему можно решить, построив абстрактную систему.

Под системой будем понимать абстрактную систему как некоторую аналогию или модель определенного класса, являющуюся математическим описанием кибернетической системы и в достаточной мере адекватно отражающей ее организацию, поведение и развитие.

Основной задачей теории кибернетических систем является построение абстрактных моделей и исследование поведения и свойств системы на уровне абстракции.

Обратимся к техническим системам. Анализируя техническую систему, можно заметить, что она представляет собой совокупность подсистем, которая объединена информационным процессом. Эта совокупность действует таким образом, чтобы достигался определенный результат, например, обеспечивалась бы эффективность технологического процесса. Задача теории кибернетических систем в данном случае состоит в том, чтобы построить такую абстрактную модель системы управления технологическим процессом, с помощью которой на уровне абстракции можно было бы исследовать влияние различных факторов на эффективность ее действия и синтезировать параметры системы, при которых процесс удовлетворял бы заданным показателям эффективности.

По описанному принципу могут работать многие системы управления, в том числе автоматизированные системы управления предприятием или отраслью промышленности. Отличием здесь является то, что производственные процессы носят, как правило, дискретный характер, а собственно системы могут иметь большое число уровней иерархии.

Сформулируем некоторые общие принципы организации на основе структуры многоуровневой системы.

Первый принцип – принцип избытка (недостатка) взаимодействий.

Рассмотрим двухуровневую систему. Ее гармоническое функционирование может быть обеспечено, если в ней имеются:

а) совокупность переменных (или свойств) объектов первого уровня, указывающих величину избытка или недостатка взаимодействий, определяемую достижением локальных целей;

б) механизм, возможно распределенный по всей системе, который изменяет функции достижения цели объектов первого уровня таким образом, чтобы равновесие взаимодействий поддерживалось с заданной точностью.

Второй принцип – принцип оптимальной связи.

Оптимальность понимается в том смысле, что увеличение степени связи облегчает достижение цели первого уровня, одновременно ослабляя, однако, организацию в целом, т. е. снижает общее качество системы; при этом появляется тенденция к дезинтеграции. Это позволяет сделать следующее заключение: чрезмерно большая степень связи так же, как и нарушение связи, может привести к дезинтеграции многоуровневой системы.
  1   2   3   4   5


Федеральное агентство по образованию
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации