"Информатика (в 2 частях)", Матвеева Н.В., Челак Е.Н., Конопатова Н.К., Панкратова Л.П., Нурова Н.А.
Управление помогает изменить состояние объекта так, чтобы приблизить его к желаемому. Команда или действие, направленное на объект, называется управляющим воздействием, а результатом становится фактическое состояние после этого воздействия. Чтобы понять, успешно ли прошло управление, сравнивают результат с заранее поставленной целью. Обратная связь сообщает, что произошло на самом деле, и помогает продолжить действие или изменить его.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Результат управления — состояние управляемого объекта после управляющего воздействия. Его сравнивают с целью, потому что сама команда ещё не показывает, изменился ли объект нужным образом. Например, после включения отопления результатом будет фактическая температура в комнате.
Цель управления — желаемое состояние объекта, к которому стремятся. Её задают заранее, чтобы было понятно, какое изменение требуется. Без цели нельзя определить, является ли полученное состояние удачным.
Управляющее воздействие — команда или действие, изменяющее состояние управляемого объекта. Это может быть команда компьютера или действие человека. Воздействие нужно, чтобы приблизить объект к цели, но оно не гарантирует нужного результата.
Обратная связь — получение сведений о текущем состоянии объекта. Эти сведения нужны, чтобы проверить результат и при необходимости скорректировать управление. Например, датчик температуры сообщает, стало ли в комнате теплее.
Управление начинается с постановки цели: сначала нужно представить, к какому состоянию следует привести объект. Причина проста: без такого ориентира нельзя выбрать подходящее действие и нельзя оценить, помогло ли оно. Если цель — получить определённую температуру, то именно с ней потом сравнивают показания термометра. Цель должна быть достаточно ясной, чтобы её можно было проверить.
Затем выбирают управляющее воздействие — команду или действие, которое должно изменить объект. Однако одинаковое воздействие не всегда приводит к одинаковому итогу: объект может быть изначально в разных состояниях, а внешние условия могут меняться. Например, открытое окно влияет на нагрев комнаты. Поэтому при выборе команды учитывают не только желаемый итог, но и ситуацию, в которой находится объект.
После воздействия состояние объекта меняется, но это изменение не обязательно совпадает с ожиданием. Команда могла не выполниться, подействовать слабее или привести к лишнему изменению. Поэтому результат — не предположение о том, что должно было произойти, а фактическое состояние объекта. Его требуется установить, прежде чем делать вывод об успешности управления.
Для этого получают обратную связь — информацию о том, что произошло с объектом. Её источником могут быть наблюдение человека, показание прибора или сообщение устройства. Такая информация нужна, поскольку без проверки управляющий субъект не узнает, сработало ли воздействие. Чем точнее сведения о текущем состоянии, тем надёжнее оценка результата.
Наконец, фактическое состояние сопоставляют с целью и решают, что делать дальше. Если цель достигнута, управление можно завершить; если нет — изменить воздействие или повторить его. Например, ученик хочет решить задачу правильно, выполняет вычисления, а затем проверяет ответ подстановкой. Цепочка получается такой: цель — воздействие — изменение объекта — оценка результата.
| Этап | Что происходит | Какие сведения нужны |
|---|---|---|
| Постановка цели | Определяют желаемое состояние объекта | Описание требуемого состояния |
| Выбор управляющего воздействия | Выбирают подходящую команду или действие | Цель и исходное состояние объекта |
| Изменение состояния объекта | Воздействие приводит объект в новое состояние | Данные о выполнении воздействия |
| Получение обратной связи | Узнают текущее состояние объекта | Наблюдения, измерения или сообщение устройства |
| Оценка результата и корректировка | Сравнивают результат с целью и решают, что делать дальше | Цель и фактическое состояние |
Читайте таблицу сверху вниз: каждый этап подготавливает следующий, а для оценки в конце нужны и цель, и сведения о фактическом состоянии объекта. Если сравнение показывает расхождение, воздействие можно скорректировать и снова получить обратную связь.
Условие: нужно довести температуру в комнате до заданного значения. Требуется назвать цель, объект и управляющее воздействие. Сначала различим состояние, которое хотим получить, сам объект изменения и действие, которое на него повлияет. Так мы не перепутаем результат с командой.
Ответ: цель — заданная температура, объект — воздух в комнате, воздействие — включение или регулировка отопления. Чтобы узнать результат, потребуется измерить фактическую температуру и сравнить её с заданной. Одного факта включения отопления для такой оценки недостаточно.
Условие: компьютерная программа подаёт роботу команду повернуть направо, но робот не меняет направление. Нужно определить, достигнута ли цель и каких сведений не хватает. Цель здесь — новое направление движения, а команду следует отличать от результата. Проверим, что показывает наблюдение.
Ответ: цель не достигнута; не хватает обратной связи о состоянии робота и выполнении команды. По этим данным можно понять, повторить ли команду или выбрать другое воздействие. Само сообщение программы о повороте ещё не доказывает, что робот повернул.
Условие: полив включается по расписанию, хотя почва уже влажная. Требуется изменить управление так, чтобы результат соответствовал цели. Если цель — обеспечить растения водой, лишний полив ей не помогает. Значит, расписания недостаточно: автоматике нужны сведения о текущей влажности.
Ответ: нужно учитывать данные о влажности почвы и запускать полив лишь при необходимости. Так управляющее воздействие будет зависеть от фактического состояния объекта. После полива новые показания помогут понять, достигнута ли требуемая влажность.
Ошибка — считать управляющее воздействие результатом. Их путают, потому что оба понятия связаны с одним изменением: команда направлена на объект, а результат появляется после неё. Проверь себя вопросом: я называю действие или то, что стало с объектом? Включение нагревателя — воздействие, температура воздуха после включения — результат.
Ошибка — оценивать успех только по факту выполнения команды. Команда может выполниться, но объект при этом не достигнет нужного состояния; такое смешение возникает, когда действие принимают за доказательство успеха. Сравни фактическое состояние с целью: только это покажет, достигнута ли она. Например, полив по расписанию не доказывает, что почве действительно нужна вода.
Ошибка — путать цель и результат. Цель описывает желаемое состояние заранее, а результат — то, что получилось после управления. Эти понятия легко смешать, если не учитывать момент времени. Чтобы проверить себя, спроси: это состояние планировали получить или уже наблюдают?
Ошибка — считать обратную связь командой управления. Она не изменяет объект сама по себе, а сообщает о его состоянии; путаница появляется потому, что эти сведения влияют на выбор следующего действия. Проверь назначение сообщения: оно описывает объект или велит ему что-то сделать? Данные датчика — обратная связь, а команда включить насос — воздействие.
Для понимания управления нужно знать, что такое объект и его состояние, а также различать управляющий субъект и управляемый объект. Субъект принимает решение, а объект — то, состояние чего меняется. Без этого различия трудно определить, кто выбирает воздействие и к чему оно направлено.
Тема связана с информационными моделями и алгоритмами. Цель и состояние объекта можно описать данными, а управление представить как последовательность команд. Тогда становится легче проверить, какие сведения нужны для следующего шага и соответствует ли итог заданному состоянию.
Обратная связь используется в автоматизированных системах управления, робототехнике и компьютерных устройствах. Например, датчики сообщают системе, что происходит, а программа на основе этих данных выбирает дальнейшее действие. Это позволяет не только выполнять заранее заданные команды, но и подстраивать управление под ситуацию.
Чем результат управления отличается от управляющего воздействия?
Управляющее воздействие — это команда или действие, которое должно изменить объект. Результат — состояние объекта после воздействия. Например, команда включить нагреватель и полученная температура — не одно и то же.
Как понять, достигнута ли цель управления?
Нужно получить сведения о фактическом состоянии объекта и сопоставить его с желаемым. Если состояние совпало с целью, она достигнута; если нет — достигнута частично или не достигнута.
Почему одной команды недостаточно, чтобы гарантировать нужный результат?
Одна и та же команда может по-разному повлиять на объект из-за его исходного состояния или внешних условий. Поэтому после команды нужно проверить, что изменилось.
Зачем в системе управления нужна обратная связь?
Обратная связь сообщает, в каком состоянии находится объект после воздействия. По этим данным можно оценить результат и решить, нужно ли повторить или изменить команду.
Может ли результат управления отличаться от ожидаемого и почему?
Да, такое возможно. Объект может находиться в другом исходном состоянии, команда может не сработать, а внешние условия — помешать изменению. Обратная связь помогает обнаружить расхождение.
24. Результат управления
