"Информатика (в 2 частях)", Матвеева Н.В., Челак Е.Н., Конопатова Н.К., Панкратова Л.П., Нурова Н.А.
Управляющее воздействие — это команда или сигнал, с помощью которого человек, устройство или программа меняет работу другого объекта. Например, нажатие на тормозную педаль заставляет автомобиль замедлиться. Чтобы понять, как устроено управление, нужно различать цель, объект управления и систему, которая выбирает команду. Если система получает сведения о результате действия и учитывает их, возникает обратная связь: она помогает корректировать дальнейшие команды и точнее достигать цели.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Управляющее воздействие — команда или сигнал, который управляющая система передаёт объекту, чтобы изменить его состояние или поведение. Проще говоря, это указание, что объекту нужно сделать: например, включиться или остановиться. По воздействию можно понять, каким способом система пытается приблизить результат к цели.
Объект управления — система или устройство, на которое направлено управление. Под действием команды у него могут измениться состояние, режим работы, скорость, температура или направление движения. Это понятие помогает отделить того, кем управляют, от того, кто отдаёт команду.
Управляющая система — человек, устройство или программа, которая вырабатывает управляющие воздействия и передаёт их объекту. Она выбирает команду, исходя из цели и доступных сведений. Это может быть водитель, термостат или программа автоматической теплицы.
Обратная связь — получение управляющей системой сведений о состоянии объекта и результате управления. Такие сведения позволяют понять, выполнил ли объект нужное действие и достигнута ли цель. Без них система не может опереться на фактический результат при выборе следующей команды.
Управление нужно, чтобы направлять работу объекта к заданной цели. Сначала определяют, какого результата хотят добиться, затем выбирают объект, состояние которого надо изменить, и систему, которая будет им управлять. Например, если цель — поддерживать тепло в комнате, объектом может быть обогреватель, а управляющей системой — термостат. Если не различать эти роли, трудно понять, откуда берётся команда и на что она действует.
Управляющее воздействие появляется после того, как управляющая система выбирает нужное действие. Она передаёт его объекту в форме команды или сигнала, например нажатием кнопки, электрическим сигналом или сообщением программы. Команда направлена именно к объекту, потому что изменение должно произойти в нём. Так решение управляющей системы становится действием, которое объект может выполнить.
Получив команду, объект меняет своё состояние, и в результате появляется наблюдаемый эффект. Например, человек нажимает выключатель: команда «включить» поступает лампе, лампа загорается, в комнате становится светлее. Здесь легко проследить цепочку «команда — действие объекта — результат». Она помогает не спутать само воздействие с тем, что объект сделал после его получения.
Без обратной связи система действует по заранее заданным командам и не проверяет, что фактически происходит с объектом. Такой порядок может подойти, если результат не нужно уточнять по ходу работы, но при изменении условий команда останется прежней. С обратной связью управляющая система получает сведения о состоянии объекта. Поэтому она может решать, достаточно ли уже достигнут нужный результат.
При обратной связи информация о результате возвращается к управляющей системе. Она сравнивает фактическое состояние с целью и, если нужно, выбирает новое воздействие. Например, термостат получает показания температуры: если в комнате холоднее заданного значения, он включает обогреватель, а после достижения нужной температуры выключает его. Повторная проверка позволяет системе реагировать на изменения, а не выполнять одну и ту же команду независимо от результата.
| Элемент | Что делает | Пример в системе «термостат и обогреватель» |
|---|---|---|
| Управляющая система | Выбирает и передаёт воздействие для достижения цели. | Термостат получает показания и решает, включить или выключить обогреватель. |
| Объект управления | Получает воздействие и меняет своё состояние или работу. | Обогреватель, который нагревает воздух в комнате. |
| Управляющее воздействие | Задаёт объекту нужное действие. | Команда включить или выключить обогреватель. |
| Обратная связь | Передаёт управляющей системе сведения о состоянии объекта и результате. | Показания температуры, поступающие к термостату. |
| Цель управления | Показывает, какого результата нужно достичь. | Поддерживать заданную температуру в комнате. |
Пользуйтесь таблицей как схемой: найдите цель, затем определите, кто выбирает команду и что её получает. После этого проследите, какое действие выполняется и какие сведения возвращаются системе. Такая проверка помогает различить воздействие и обратную связь.
Задача 1. Водитель нажал на педаль тормоза, и автомобиль замедлился. Нужно указать управляющую систему, объект управления и управляющее воздействие.
Сначала выясним, кто принимает решение затормозить и передаёт команду. Это водитель, значит, он является управляющей системой.
Затем найдём то, чья работа меняется. Автомобиль замедляет движение, поэтому он выступает объектом управления.
Наконец, отделим команду от результата: нажатие педали тормоза задаёт автомобилю торможение. Замедление — это результат действия объекта, а не сама команда.
Ответ: управляющая система — водитель; объект управления — автомобиль; управляющее воздействие — нажатие на педаль тормоза, то есть команда затормозить.
Задача 2. Термостат измеряет температуру в комнате и включает или выключает обогреватель. Определим объект управления, воздействие и обратную связь.
Температуру требуется регулировать с помощью обогревателя, поэтому объект управления — обогреватель и связанное с его работой состояние комнаты.
Термостат выбирает команду по показанию температуры. Команда включить или выключить обогреватель является управляющим воздействием.
Показания датчика о температуре поступают к термостату. Это обратная связь: система использует сведения, чтобы определить, какую команду подать дальше.
Ответ: объект управления — обогреватель и температура в комнате; воздействие — команда включения или выключения; обратная связь — измеренные показания температуры, поступающие термостату.
Задача 3. В автоматической теплице датчики передают программе сведения о влажности почвы. Программа включает насос, пока не будет достигнуто заданное значение. Нужно описать элементы и последовательность управления.
Сначала определим цель: довести влажность почвы до заданного значения. Объект управления — почва, состояние которой изменяется при поливе, а управляющая система — программа вместе с датчиками, передающими ей показания.
Если влажность ниже нужной, программа посылает насосу команду включиться. Эта команда — управляющее воздействие, насос подаёт воду, и влажность почвы повышается.
Датчики снова измеряют влажность и отправляют данные программе. Программа проверяет, достигнута ли цель: если нет, продолжает полив, а если достигнута — прекращает его.
Ответ: цель — заданная влажность; объект — почва; управляющая система — программа, использующая данные датчиков; воздействие — команда насосу включиться или остановиться; обратная связь — повторные показания влажности. Цикл заканчивается, когда измеренное значение соответствует цели.
Ошибка: называть управляющим воздействием сам объект управления. Их путают, потому что оба понятия участвуют в одном действии. Но воздействие — это команда или сигнал, а объект получает его и меняет своё состояние. Для проверки спросите себя: «Что передали?» и «Кто или что это получило?»
Ошибка: считать управляющей системой только компьютер или автомат. Такое представление возникает из-за примеров с техникой, хотя решения и команды может выбирать человек. В ситуации с автомобилем управляющая система — водитель. Проверьте, кто именно выбирает воздействие: этот участник и выполняет роль управляющей системы.
Ошибка: путать обратную связь с управляющим воздействием. Оба элемента могут быть сигналами, поэтому их легко смешать. Однако воздействие направлено к объекту и задаёт действие, а обратная связь сообщает управляющей системе о состоянии или результате. Проверка направления помогает различить их: команда идёт к объекту, сведения о результате возвращаются.
Ошибка: считать, что одного датчика достаточно для обратной связи. Датчик может измерять состояние, но его показания не повлияют на управление, если управляющая система их не получает или не учитывает. Обратная связь работает, когда данные возвращаются системе и используются при выборе команды. Проверьте, меняется ли дальнейшее воздействие в зависимости от показаний.
Чтобы разбираться в управлении, нужно знать, что такое информация и сигнал, а также как сведения передаются от источника к получателю. Команда и данные о состоянии объекта тоже передаются в виде информации. Различие между отправителем и получателем помогает понять, в какую сторону направлены воздействие и обратная связь.
Тема связана с алгоритмами и программным управлением. Алгоритм задаёт последовательность команд, а программа может передавать эти команды объекту как управляющие воздействия. Если программа получает данные датчиков и меняет команды в ответ на них, управление учитывает обратную связь.
Представление об обратной связи пригодится при изучении автоматических устройств и систем управления. В них датчики сообщают о текущем состоянии, а управляющая часть выбирает дальнейшее действие. По такой схеме работают, например, термостат и система полива, поддерживающая заданную влажность.
Чем управляющее воздействие отличается от обратной связи?
Управляющее воздействие направлено от управляющей системы к объекту и задаёт ему действие. Обратная связь передаёт сведения о состоянии объекта или результате действия обратно управляющей системе.
Может ли человеком быть управляющая система?
Да, управляющей системой может быть человек. Например, водитель оценивает ситуацию на дороге и выбирает, нажать ли на педаль тормоза или газа.
Обязательно ли объект управления должен быть техническим устройством?
Нет, объектом может быть не только устройство. Управлять можно, например, ростом растения в теплице или движением группы людей.
Почему система с обратной связью может менять свои команды?
Она получает сведения о том, что происходит с объектом, и сравнивает результат с целью. Если нужное состояние ещё не достигнуто, система выбирает другое или повторное воздействие.
Как определить управляющее воздействие в бытовом примере?
Сначала найдите объект, состояние которого меняется, затем выясните, какая команда или сигнал заставляет его действовать. Например, в системе с лампой воздействием будет команда включить или выключить её.
22. Управляющее воздействие
