Кибернетика

 

Министерство внутренних дел Российской Федерации

Федеральное государственное казенное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский юридический институт МВД России»

Факультет заочного обучения

620042 г. Екатеринбург, ул. Калинина,64

 

Кафедра ___________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Слушатель:  Фамилия _________________________________________________

Имя  ____________________________________________________

Отчество _________________________________________________

Комплектующий орган _______________________________________________________

Вид обучения: заочное срок обучения __________________________________________

Курс _________________________ набор _______________________________________

№ группы __________________________________________________________________

№ зачетной книжки __________________________________________________________

 

 

 

Курсовая (контрольная) работа, реферат, практикум ______________________________

___________________________________________________________________________

Вариант №  ________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Тема ______________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дата сдачи работы в секретариат ______________________________________________

Дата получения работы секретариатом _________________________________________

Дата получения работы кафедрой ______________________________________________

Дата окончания проверки работы преподавателем ________________________________

Подпись преподавателя (Ф.И.О.) ______________________________________________

 

 

 

 

 

Оглавление

 

 

 

Введение

Современное поколение является свидетелем очень быстрого развития науки и техники. Человечество прошло путь от простейших паровых машин до мощных атомных электростанций, овладело сверхзвуковыми скоростями полета, применило энергию рек, создало большие корабли и огромные землеройные машины, которые заменяют труд людей.

До середины XX века почти все создаваемые человеком механизмы служили для выполнения в основном исполнительных функций. Их конструкция предполагала всегда сложное управление, воплощаемое человеком, оценивающим внешнюю обстановку, внешние условия, наблюдать за ходом того или иного процесса и конечно управлять машинами, движением транспорта. Область умственной деятельности, психики, сфера логических функций мозга человека казались абсолютно недоступными механизации.

Современный уровень прогрессирования радиоэлектроники позволяет ставить и разрешать задачи создания новых устройств, которые избавили бы человека от обязательства следить за производственным процессом и управлять им. Появился новый класс машин - управляющие машины, выполняющие самые разнообразные и сложные задачи управления производственными процессами, движением транспорта. Создание управляющих машин дает возможность перейти от автоматизации отдельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, целых заводов. 
Вычислительная техника применяется не только для управления технологическими процессами и решения многочисленных трудоемких научно - теоретических и конструкторских вычислительных задач, но и в сфере управления народным хозяйством, экономики и планирования. Изучением процессов управления в природе, обществе и технике занимается наука кибернетика.  

 

 

1.Понятия и задачи управления.

Кибернетика — наука об общих свойствах процессов управления в живых и неживых системах.

Управление — это целенаправленное воздействие управляющего объекта на объект управления.

С точки зрения кибернетики управление происходит путем информационного взаимодействия между объектом управления и управляющим объектом.

Кибернетика выделила общие закономерности управления в различных процессах и системах, а не их специфику. 

В общую кибернетику включают:

- теорию информации,-

 теорию алгоритмов, -

теорию игр и теорию автоматов, -

-техническую кибернетику.

К основным задачам кибернетики относятся:

1.установление фактов, общих для управляемых систем или для некоторых их совокупностей;

2. выявление ограничений, свойственных управляемым системам и установление их происхождения;

3. нахождение общих законов, которым подчиняются управляемые системы;

4.определение путей практического использования установленных фактов и найденных закономерностей.

Основные понятия кибернетики: управление, управляющая система, управляемая система, организация, обратная связь, алгоритм, модель, оптимизация, сигнал, «черный ящик». Управление  - это воздействие на объект, выбранное на основании имеющейся для этого информации из множества возможных воздействий, улучшающее его функционирование или развитие. У управляемых систем существует некоторое множество возможных изменений, из которого производится выбор предпочтительного изменения. Если у системы нет выбора, то не может быть и речи об управлении.

Управление - это вызов изменений в системе или перевод системы из одного состояния в другое в соответствии с объективно существующей или выбранной целью.

 Управлять - это и предвидеть те изменения, которые произойдут в системе после подачи управляющего воздействия (сигнала, несущего информацию). Всякая система управления рассматривается как единство управляющей системы (субъекта управления) и управляемой системы - объекта управления. Управление системой или объектом всегда происходит в какой-то внешней среде. Поведение любой управляемой системы всегда изучается с учетом ее связей с окружающей средой. Поскольку все объекты, явления и процессы взаимосвязаны и влияют друг на друга, то, выделяя какой-либо объект, необходимо учитывать влияние среды на этот объект и наоборот. Свойством управляемости может обладать не любая система. Необходимым условием наличия в системе хотя бы потенциальных возможностей управления является ее организованность.

Чтобы управление могло функционировать, то есть целенаправленно изменять объект, оно должно содержать четыре необходимых элемента:

1. каналы сбора информации о  состоянии среды и объекта;

2. канал воздействия на объект;

3. цель управления;

4. способ (алгоритм, правило) управления, указывающий, каким образом можно  достичь поставленной цели, располагая  информацией о состоянии среды  и объекта.

Понятие цели и целенаправленность.  Цель определяется внешней средой, и внутренними потребностями субъекта управления. Цель должна быть достижимой, должна соответствовать реальной ситуации и возможностям системы (управляющей и управляемой). За счет управляющих воздействий управляемая система может целенаправленно изменять свое поведение. Целенаправленность управления биологических управляемых систем сформирована в процессе эволюции живой природы, что означает стремление организмов к выживанию и размножению. Целенаправленность искусственных управляемых систем определяется их разработчиками и пользователями.

Понятие обратной связи. Управление по «принципу обратной связи». Принцип обратной связи характеризует информационную и пространственно-временную зависимость в кибернетической системеЕсли поведение системы усиливает внешнее воздействие, то имеем дело с положительной обратной связью, а если уменьшает, - то с отрицательной обратной связью. Особый случай - гомеостатические обратные связи, которые сводят внешнее воздействие к нулю (например, температура тела человека, которая остается постоянной благодаря гомеостатическим обратным связям). Понятие обратной связи имеет отношение к цели управления. Поведение объекта управляется величиной ошибки в положении объекта по отношению к стоящей цели.

Понятие информации. Управление - информационный процесс. Информация -  «ресурс» управления. Поэтому кибернетика так же называется наукой, об информации, об информационных системах и процессах. «Информация» связана со сведениями, сообщениями и их передачей. Бурное развитие в нашем веке телефона, телеграфа, радио, телевидения и других средств массовой коммуникации потребовало повышения эффективности процессов передачи, хранения и переработки передаваемых сообщении информации.

Основные свойства информации:

1. способность управлять физическими, химическими, биологическими и социальными процессами. Там, где есть информация, действует управление, а там, где осуществляется управление, присутствует и информация;

2. способность передаваться на расстоянии (при перемещении инфоносителя);

3. способность информации подвергаться переработке;

4. способность сохраняться в течение любых промежутков времени и изменяться во времени;

5. способность переходить из пассивной формы в активную. Например, когда извлекается из «памяти» для построения тех или иных структур (синтез белка, создание текста на компьютере).

Понятие самоорганизации.  Для самоорганизующихся систем характерны:

1. способность активно взаимодействовать со средой, изменять ее в направлении, обеспечивающим более успешное функционирование системы;

2. наличие определенной гибкости структуры или адаптивного механизма, выработанного в ходе эволюции;

3. непредсказуемость поведения самоорганизующихся систем;

4. способность учитывать прошлый опыт или возможность обучения. Одним из первых объектов, к которым были применены принципы самоорганизации, был головной мозг.

В теории управления возможна постановка двух задач. Первая задача: мы хотим управлять объектом в процессе его функционирования сами непосредственно. Это задача управления.

Вторая задача: мы не хотим управлять объектом в процессе его функционирования, но хотим, чтобы объект – без нашего непосредственного вмешательства в процесс – самоуправлялся в приемлемом для нас режиме. Это задача самоуправления. Эффективное управление или самоуправление предпологает наличие обратной связи, то есть передачу информации о протекании процесса, на основании которой вырабатывается управляющее(изменяющее) воздействие.

 

2. Научные направления кибернетики.

В кибернетике можно выделить ряд научных направлений:

- Теоретическая кибернетика занимается общими проблемами теории управления, теории информации, вопросами передачи, защиты, хранения и использования информации в системах управления. Многие проблемы теоретической кибернетики изучаются в теоретической информатике.

- Техническая Кибернетика - отрасль науки, изучающая технические системы управления. Важнейшие направления исследований разработка и создание автоматических и автоматизированных систем управления, а также автоматических устройств и комплексов для передачи, переработки и хранения информации.

- Биологическая кибернетика применяет идеи и методы кибернетики в биологии и медицине. Особое место в этом направлении исследований играет нейрокибернетика, изучающая процессы переработки информации в нервной ткани животных и человека, а также бионика - наука о том, как находки живой природы, реализованные в живых организмах, можно переносить в искусственные системы, создаваемые человеком.

- Гомеостатика - наука о достижении равновесных состояний - при наличии многих действующих одновременно факторов связывает модели биологической кибернетики и технической кибернетики. Кибернетику интересует равновесные состояния в таких системах и способы их достижения.

- Экономическая кибернетика - изучает процессы управления, протекающие в экономике. 

-Социальная кибернетика изучает процессы управления, протекающие в человеческом обществе. Это направление кибернетики тесно смыкается с социальной психологией.

 

3. Кибернетические системы.

Кибернетической системой называют упорядоченную совокупность объектов (элементов системы), взаимодействующих и взаимосвязанных между собой, которые способны воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией.

Примерами кибернетических систем являются коллективы людей, мозг, вычислительные машины, автоматы. Соответственно этому элементами кибернетической системы могут быть объекты разной физической природы: человек, клетки мозга, блоки вычислительной машины.

Структура кибернетической системы определяется организацией связей между элементами системы и является функцией состояний самих элементов и внешних воздействий.

Функционирование кибернетической системы описывается тремя семействами функций: функциями, которые учитывают изменение состояний элементов системы, функциями, вызывающими изменения в структуре системы, в том числе вследствие внешнего воздействия, и функциями, определяющими сигналы, передаваемые системой за ее пределы. Для более полного описания системы следует еще учесть ее начальное состояние.

Кибернетические системы различаются по своей сложности, степени определенности и уровню организации.

Сложность системы зависит от количества элементов, ее составляющих, от сложности структуры и разнообразия внутренних связей. Существуют сложные кибернетические системы, которые могут быть детально известны, так как являются созданием человека. Вместе с тем такие сложные кибернетические системы, как биологические, благодаря многочисленным и неясным многообразным связям между множеством элементов во многих случаях детальному описанию не поддаются. При исследовании сложных систем имеет место и процесс, обратный разделению системы на элементы: системы представляются в виде укрупненных блоков, каждый из которых сам является системой. Таким образом, сложные системы могут состоять из более простых. Система более высокого уровня представляет собой объединение подсистем более низкого уровня, т.е. организация системы имеет иерархический характер.