"Информатика (изд. "БИНОМ. Лаборатория знаний")", Угринович Н.Д.
Управление — это целенаправленное воздействие на объект, чтобы перевести его в требуемое состояние. Для этого управляющая система получает сведения об объекте, выбирает команды и передаёт их исполнителю. Если система узнаёт результат своих действий, используется обратная связь: она помогает заметить отклонение и исправить команду. Информационная модель управления описывает только существенные параметры объекта, состояния и связи между командами и результатами.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Управление — это целенаправленное воздействие на объект, чтобы получить требуемое состояние. Например, включение отопления должно повысить температуру до заданного значения. Понятие управления нужно, чтобы отличать случайное изменение от действия, направленного на конкретную цель.
Объект управления — устройство, процесс или система, состоянием которых хотят управлять. Его состояние может изменяться из-за управляющих команд и внешних факторов, например изменения погоды. Выделение объекта помогает понять, на что именно направлены действия системы.
Управляющая система получает информацию о состоянии объекта и формирует команды для управления им. Ею может быть человек, компьютерная программа или автоматическое устройство. Такое понятие показывает, кто принимает решение и передаёт управляющее воздействие.
Обратная связь — передача в управляющую систему информации о текущем состоянии объекта или результате действия. Датчик температуры, например, сообщает термостату, насколько помещение прогрелось. Без этой информации нельзя проверить результат и вовремя изменить команду.
Система управления состоит из управляющей системы, объекта управления, управляющих воздействий и информации о состоянии объекта. Управляющая система посылает команду, объект изменяется, а сведения о нём используются для принятия следующих решений. Такое разделение нужно, чтобы не смешивать исполнителя команды и того, кто её формирует.
Сначала управляющая система получает сведения об объекте с помощью наблюдения, измерения или датчиков. Затем она сравнивает текущее состояние с требуемым: например, фактическую температуру с установленной. Если есть отклонение, система выбирает воздействие, которое должно уменьшить эту разницу.
При управлении без обратной связи команда задаётся заранее и выполняется по плану. Например, фонарь может включаться каждый день в одно и то же время, независимо от освещённости. Такой способ прост, но он не учитывает поломки, изменения условий и фактический результат.
Обратная связь добавляет в систему сведения о том, что происходит с объектом после команды. Если состояние отличается от требуемого, управляющая система меняет воздействие: усиливает его, ослабляет или прекращает. Поэтому система может работать устойчивее при изменении внешних условий.
Информационная модель управления описывает существенные характеристики объекта, его возможные состояния и команды, которые на них влияют. В модель включают только данные, нужные для выбора действий и достижения цели. Например, для поддержания температуры важны показания датчика, заданная температура и команда нагревателю, а цвет стен несущественен.
| Характеристика | Без обратной связи | С обратной связью |
|---|---|---|
| Передача управляющих команд | Команда подаётся заранее по плану или программе | Команда изменяется с учётом текущих сведений |
| Получение сведений о состоянии объекта | Сведения о состоянии не возвращаются | Состояние измеряется и передаётся в управляющую систему |
| Учет отклонений от требуемого состояния | Отклонения не учитываются | Отклонения обнаруживаются и исправляются |
| Пример | Фонарь включается по расписанию | Термостат регулирует нагрев по показаниям датчика |
Сначала определите, возвращаются ли в управляющую систему сведения о состоянии объекта. Если команда выполняется независимо от результата, это управление без обратной связи. Если результат измеряется и влияет на следующую команду, система работает с обратной связью.
Условие. Фонарь включается каждый день в 18:00 по сигналу таймера. Нужно определить объект управления и управляющую систему. Требуется также понять, контролируется ли результат включения.
Ответ. Объект управления — фонарь, а управляющая система — таймер или контроллер. Команда включения подаётся по расписанию. Обратной связи нет.
Условие. В комнате задана температура 22 °C. Термостат получает показания датчика и включает или выключает нагреватель, когда температура отклоняется от заданной.
Ответ. Управляющее воздействие — включение, выключение или изменение мощности нагревателя. Обратная связь передаёт термостату текущую температуру. Благодаря ей поддерживается заданное значение.
Условие. Нужно составить информационную модель системы, которая поддерживает уровень воды 2 м. В модели укажите объект, требуемое состояние, измеряемую величину и действия при отклонении.
Ответ. Модель связывает уровень воды с командами клапанам. Датчик создаёт обратную связь, а контроллер сравнивает измеренное значение с 2 м. Существенные сведения — уровень, цель и действия при отклонении.
Ошибка: считать объект управления и управляющую систему одним и тем же. Её допускают, когда не различают исполнителя и источник команды. Проверьте себя вопросами: что изменяется и что принимает решение?
Ошибка: называть любую передачу команды обратной связью. Команда идёт к объекту, а обратная связь сообщает системе о состоянии или результате. Чтобы проверить ответ, найдите канал информации, направленный от объекта назад.
Ошибка: полагать, что управление без обратной связи учитывает фактический результат. При таком управлении программа лишь выдаёт заранее заданную команду и не получает проверки. Если нет измерения состояния после действия, результата система не знает.
Ошибка: включать в информационную модель все свойства объекта. Это перегружает описание и не помогает выбирать команды. Оставляйте только параметры, которые влияют на цель, состояние или управляющее воздействие.
Для изучения темы нужны представления об информации, информационной модели и алгоритме. Информация описывает состояние объекта, модель отбирает существенные сведения, а алгоритм задаёт порядок действий системы. Эти понятия пригодятся при изучении алгоритмизации, автоматизированных систем и моделирования процессов.
Чем объект управления отличается от управляющей системы?
Объект управления — это устройство, процесс или система, состояние которых нужно изменить. Управляющая система получает сведения об объекте и формирует команды для достижения цели.
Что называют обратной связью?
Обратная связь — это передача в управляющую систему информации о текущем состоянии объекта или результате воздействия. Благодаря ей можно сравнить фактическое состояние с требуемым и скорректировать команду.
Может ли система управлять объектом без обратной связи?
Да, команда может подаваться заранее, по расписанию или по известному алгоритму. Но без обратной связи система не узнает, достигнут ли нужный результат и появились ли отклонения.
Зачем управляющей системе нужна информация о состоянии объекта?
Она нужна, чтобы выбрать подходящее управляющее воздействие. Сравнение текущего состояния с требуемым позволяет обнаружить отклонение и изменить команду.
Какие сведения включают в информационную модель управления?
В неё включают существенные характеристики объекта, возможные состояния, команды и связи между состояниями и действиями. Свойства, не влияющие на выбор управления, в модель обычно не входят.
2.8. Информационные модели управления объектами
