"Информатика", Семакин И.Г., Залогова Л.А., Русаков С.В., Шестакова Л.В.
Управление помогает изменять или поддерживать состояние устройства, процесса или целой системы. Оно встречается, когда человек включает вентилятор, регулирует отопление или ведёт автомобиль. Для управления нужны объект, на который воздействуют, и управляющая система, которая вырабатывает команды. Команды передаются в виде сигналов, а обратная связь сообщает, что получилось. По этим сведениям систему можно скорректировать; автоматические устройства делают это без постоянного участия человека.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Управление — целенаправленное воздействие на объект, которое помогает перевести его в нужное состояние. Например, чтобы в комнате стало прохладнее, можно включить вентилятор. Понятие нужно, чтобы описывать не случайное изменение, а действие ради определённой цели.
Объект управления — устройство, процесс или система, состоянием которых необходимо управлять. Объектом может быть вентилятор, температура в комнате или движение автомобиля. Это понятие помогает определить, на что направлены действия и чьё состояние должно измениться.
Управляющая система — источник команд, который получает информацию о состоянии объекта и вырабатывает управляющие воздействия. Ею может быть человек или устройство, например термостат. Понятие нужно, чтобы отличать того, кто принимает решения и задаёт действия, от того, на кого они направлены.
Обратная связь — передача в управляющую систему сведений о результате воздействия на объект. Так система узнаёт, что произошло после команды. Эти сведения нужны, чтобы понять, достигнута ли цель, и при необходимости изменить дальнейшее управление.
Управление требуется, когда состояние объекта должно не просто измениться, а соответствовать заданной цели. В технике водитель поворачивает руль, чтобы изменить направление движения автомобиля, а термостат поддерживает нужную температуру. В быту человек открывает кран, чтобы изменить напор воды, или включает свет, чтобы осветить комнату. Если объект сам не приходит в требуемое состояние, воздействие помогает приблизить его к цели или удержать в ней.
В простейшей системе управляющая система подаёт команду объекту, а тот выполняет её. Например, человек нажимает кнопку, а устройство запускается. Человек здесь принимает решение и задаёт действие, кнопка помогает передать команду, а устройство является объектом управления. Такое разделение ролей помогает понять, кто управляет и что именно меняется.
Команда не перемещается от управляющей системы к объекту сама по себе: она передаётся в виде сигнала. Сигнал — это форма, в которой можно передать сообщение, например электрический импульс по проводу или звук. Объект также может сообщать о своём состоянии с помощью сигналов. Поэтому управление связано с обменом информацией: без команды объект не узнает, что делать, а без сведений о состоянии управляющей системе труднее выбрать действие.
Обратная связь нужна, потому что команда не всегда приводит к ожидаемому результату. Система получает сведения о состоянии объекта, сопоставляет результат с целью и решает, требуется ли новое воздействие. Например, если в помещении ещё холодно, отопление нужно продолжить включать, а при достижении заданной температуры — выключить. Благодаря этому управление может исправлять отклонения, а не просто один раз отдавать команду.
В автоматической системе часть действий выполняется без постоянного участия человека. Датчики получают сведения о состоянии объекта, а устройство управления использует их, чтобы выработать команду. Так работает термостат: он реагирует на изменение температуры и управляет отоплением самостоятельно. Автоматика не обходится без информации и сигналов — она лишь поручает их получение и обработку устройствам.
| Элемент системы | Что делает | Пример |
|---|---|---|
| Объект управления | Выполняет воздействие, его состояние изменяется или поддерживается. | Вентилятор, скорость автомобиля, температура в комнате. |
| Управляющая система | Получает сведения и формирует команды. | Человек, термостат, компьютерный контроллер. |
| Управляющее воздействие | Передаёт объекту команду или сигнал, задающий действие. | Нажатие кнопки включения, сигнал запустить двигатель. |
| Обратная связь | Сообщает управляющей системе о состоянии объекта или результате команды. | Показание датчика температуры, сообщение о скорости. |
Пользуясь таблицей, сначала найди объект — то, на что направлено управление, затем определи источник команды. После этого укажи, какое воздействие получает объект и откуда управляющая система узнаёт о результате. В простой ситуации обратная связь может быть наблюдением человека, а в автоматической — показанием датчика.
Условие. Нужно определить объект управления, управляющую систему и команду в ситуации, когда человек включает вентилятор. Сначала важно разделить участника, который принимает решение, прибор, который должен изменить состояние, и действие, передающее команду. Сам факт включения — это ещё не ответ на все части задачи.
Ответ. Объект управления — вентилятор, управляющая система — человек, управляющее воздействие — команда включения, переданная нажатием кнопки. Чтобы не перепутать роли, спроси себя, что изменяется и кто задаёт это изменение.
Условие. Нужно описать, как термостат поддерживает температуру в помещении. Здесь важно показать не отдельную команду, а повторяющийся цикл с обратной связью. Температура служит сведением о состоянии помещения, которое нужно сравнить с заданной величиной.
Ответ. Термостат получает обратную связь от датчика и по её данным включает или выключает отопление. Цикл повторяется, потому что температура со временем может измениться. Без новых измерений устройство не смогло бы вовремя скорректировать работу отопления.
Условие. Нужно сравнить управление движением автомобиля водителем и работу автоматической системы поддержания скорости. В обоих случаях объектом остаётся автомобиль, но сведения о его движении получает и обрабатывает разный источник команд. Сравнение следует проводить по двум вопросам: кто управляет и как узнаёт о результате.
Ответ. При обычном движении управляющая система — водитель, а при автоматическом поддержании скорости команды вырабатывает устройство. Обратная связь необходима в обоих случаях: без сведений о текущей скорости нельзя понять, нужно ли изменить воздействие. В автоматическом режиме человеку не требуется постоянно нажимать на педаль газа.
Ошибка — считать объект управления управляющей системой. Так путают то, что изменяют, с тем, кто вырабатывает команду; например, вентилятор становится объектом, а не источником команды. Проверь себя вопросом: что меняет состояние, а кто выбирает действие?
Ошибочно называть обратной связью любую передачу команды объекту. Команду обычно направляют к объекту, тогда как обратная связь сообщает управляющей системе о состоянии или результате. Путаница возникает из-за того, что в обоих случаях передаётся информация; проверь направление сигнала и его назначение.
Неверно считать, что автоматическое управление обходится без информации. Автоматика получает сведения от датчиков и использует сигналы, чтобы выбрать действия. Такое заблуждение появляется, когда самостоятельную работу устройства принимают за отсутствие управления; проверь, откуда система узнаёт о состоянии объекта.
Не смешивай управляющее воздействие с результатом управления. Воздействие — это команда или сигнал, например команда включить отопление, а результат — изменение состояния объекта, например повышение температуры. Чтобы проверить себя, назови отдельно то, что было отправлено, и то, что произошло после этого.
Для понимания управления пригодятся знания об информации, сообщении, сигнале и передаче информации: именно так команды и сведения о состоянии доходят до участников системы. Описание управления связано с моделированием и алгоритмами, потому что действия можно представить как последовательность шагов с условиями выбора. Позже эти идеи встретятся при изучении автоматизации, компьютеров как управляющих устройств и информационных систем. В каждой из этих тем важно понимать, какие данные получает система и как она использует их для действий.
Чем управляющая система отличается от объекта управления?
Объект управления — это то, состояние чего изменяют или поддерживают. Управляющая система получает сведения о нём и вырабатывает команды. Например, у вентилятора объектом будет сам прибор, а управляющей системой — человек, который выбирает режим.
Зачем системе управления нужна обратная связь?
Она сообщает управляющей системе, что происходит с объектом после команды. Система может сравнить результат с нужным и изменить дальнейшие действия. Без обратной связи труднее понять, достигнута ли цель.
Может ли управление быть автоматическим?
Да. В автоматической системе устройства получают сведения о состоянии объекта и сами вырабатывают команды. Человек может задать цель или настройки, но ему не нужно постоянно управлять каждым действием.
Какая информация передаётся в системе управления?
К объекту передаются управляющие команды, а от объекта или датчиков — сведения о его состоянии и результате воздействия. Такая информация может передаваться сигналами, например электрическими или звуковыми. Её содержание зависит от задачи управления.
Чем управляющий сигнал отличается от обратной связи?
Управляющий сигнал направлен от управляющей системы к объекту и задаёт действие. Обратная связь передаёт сведения об объекте или результате действия в управляющую систему. Иными словами, это сигналы, движущиеся в разных направлениях и выполняющие разные задачи.
Дополнение к главе 1
