Параграф 2. Сообщение в процессе управления.
Определение источника, приёмника воздействий.
Определение воздействия.
Определение сообщения.
Виды сообщений в процессе воздействия (оригиналы, промежуточные (образы))
Процессы управления на основе прошлых событий, диагноза, прогноза.
Процессы управления без участия человека.
Автоматизированные процессы управления с участием человека на основе использования активных и пассивных сообщений.
06.04.12
1) Для обеих цепей управления - прямой и обратной связи общим является то, что через посредство каждой из этих систем осуществляется воздействие одной системы на другую (напр. управляющая воздействует на управляемую). Поэтому дальше будем рассматривать цепь управления вообще.
Каждая цепь управления начинается на выходе источника воздействия и заканчивается на входе приёмника воздействия.
Через посредство цепи управления осуществляется воздействие источника на приёмник. Важные постулаты:
1) Воздействие источника на приёмник – это материальный и физический процесс. Таким образом, если мы пытаемся исследовать (научными средствами) процесс передачи мысли на расстоянии, то мы должны понимать что обязательно должна быть какая-то физическая среда, через посредство которой это воздействие передаётся. Если мы откажемся от среды, то не сможем исследовать это научно.
2) Воздействие источника на приёмник состоит из различимых физических состояний. Это квантовый процесс. В отличие от общепринятой точки зрения, где допускаются непрерывные сообщения, представимые континуальными множествами. Данный постулат полностью отвергает непрерывность сообщений.
Пояснение: фактически, физический процесс воздействия источника на приёмник представим конечным множеством различимых физических состояний. Данный постулат, предполагающий только дискретные физические состояния, имеет серьёзные основания, по причине: Любая физическая система имеет ограниченную разрешающую способность, или конечную чувствительность.
Из практики известно, что физические состояния принято характеризовать только количеством энергии или вещества. Другая характеристика – более сложная. Она представляет распределение энергии или/и вещества в пространстве и времени. Так, например, герб на одной из сторон монеты представлен каким-то количеством вещества, но для информатики важно характеризовать это состояние монеты распределением вещества по площади монеты (в пространстве).
Первая характеристика физического состояния – энергоматериальная, вторая характеристика – структурная. Подобно отдельным физическим состояниям, можно характеризовать и всякий физический процесс, а именно только с энергоматериальной точки зрения, когда мы интересуемся расходом энергии или вещества, которое уходит на реализацию этого процесса. Кроме того каждый процесс характеризуется со структурной точки зрения, когда важно распределение вещества в пространстве и времени при протекании процесса.
Пример: сложная электронная схема. Для её работы нужны затраты энергии и важно обеспечить необходимое количество.
Принято различать физические процессы на 2 группы. Рабочий процесс и процесс управления. Для организации рабочего процесса особенно важны затраты энергии, потери энергии. Хотя очевидны и структурные изменения, то есть перемещаются детали, и др. Для протекания рабочего процесса важно наличие физических сил. Желательно минимизировать потери энергии и вещества. Сами затраты могут быть большими.
В процессах управления тоже имеет место затраты энергии, но важнее структурные изменения. Для протекания процесса управления важно различие физических состояний. Затраты энергии желательно минимизировать.
В любом процессе есть затраты энергии и структурные изменения.
С учётом отмеченного, определим, что такое СООБЩЕНИЕ. Сообщение (коммуникатор) – это физическое состояние, отличающееся определённым образом от других физических состояний в данной цепи управления. В информатике этот термин употребим, но чаще употребляют сигнал. Заметим, что не всякое физическое состояние есть сообщение. Даже если мы рассматриваем 2 разных физических состояния, то не обязательно это сообщение. Даже если мы рассматриваем процесс в рамках одного контура, но в разных цепях, то они в отношении друг друга не являются сообщением.
Физическое состояние
Отличающееся от другого
В одном контуре
Пример: Чтобы оградить сообщения в цепи управления преподаватель – студенты от других физических состояний, сооружаются специальные аудитории.
Т
приёмник воздействия
источник
воздействия
В дальнейшем нам будет полезно иметь ввиду 2 способа разбиения этого множества сообщений. Только на поперечные множества сообщений или только на продольные множества сообщений. В нашем примере 3 множества поперечных сообщений. Число сообщений в данном поперечном множестве определяется реальной разрешающей способностью данной среды. (сколько сообщений в данном месте цепи) Число самих поперечных множеств определяется тем, сколько таких поперечных мест реально существует.
Второй способ разбиения всего множества – разбиение на продольные множества сообщений. Продольных множеств – 3. В состав одного и того же продольного множества входит некое данное сообщение: то сообщение, из которого оно образовалось; другое сообщение, из которого образовалось предыдущее, и то сообщение, которое образовалось из данного. Отметим, что если мы будем складывать сообщения только из поперечных множеств, то получим некую сумму сообщений, представляющих весь процесс. А если складывать сообщения в продольных множествах, то должно получиться то же самое число. Таким образом, любое сообщение в цепи управления обязательно расположено в каком-то поперечном множестве, и в собственном продольном множестве.
Заметим, что те сообщения, которые расположены в самом первом поперечном множестве, на выходе источника, называются оригиналами. Те сообщения, которые расположены на входе приёмника – это образы. Те сообщения, которые расположены в любом другом месте между образами и оригиналами называются промежуточными сообщениями. Таким образом, процесс воздействия источника на приёмник представлен не просто множеством сообщений, а именно, подмножеством оригиналов, подмножеством образов, а также подмножествами промежуточных сообщений, которые не обязательно могут существовать (частный случай). Таким образом, физический процесс воздействия источника на приёмник состоит из преобразования оригиналов в образы, через посредство промежуточных сообщений.
Обычно, считается по умолчанию, что образы обязательно должны появляться позже, чем появляются оригиналы. Но на самом деле, при рассмотрении любого процесса управления необходимо помнить, что управляемая система реагирует непосредственно на образы, то есть на то, что находится на её входе. В реальных системах управления образы могут появляться и позже оригиналов, одновременно с оригиналами и образы могут появляться раньше оригиналов. В зависимости от этого следует различать три вида процессов управления:
Управление на основе прошлых событий, когда образы появляются позже оригиналов.
Управление на основе диагноза (одновременно)
На основе прогноза (образы раньше оригиналов)
Процесс управления по восстановлению старинного здания. Оригиналы – постройки, которые были. Образы – развалины. Управление на основе прошлых событий.
В теории автоматического управления, управление на основе прошлых событий может быть реализован, как управление по интегралу.
Оригиналы – температура в печи. Образы – светимость пламени. Управление на основе диагноза. Также состояние больного – оригиналы. Образы – данные полученные врачами скорой помощи. Сразу оказывается помощь.
В теории автоматического управления такой вид управления называется управление по самой переменной.
В течении более чем 200 лет, человечество, пользуясь часами, осуществляет управление на основе прогноза.
Человек выслушивает прогноз погоды, и берёт зонт. (Дождь пойдёт потом, а зонт уже взят)
В системах автоматического управления этот вид управления называется управлением по производным.
Чем выше порядок производной, тем точнее можно осуществить прогноз – как будет изменяться величина. Но вычислить точно производную более высоких порядков очень трудно.
Современные искусственные системы управления, в том числе управление живыми организмами, биологические системы, работают на основе всех трёх видов управления.
Рассмотрим одну из цепей управления. Пусть внешняя система по отношению к данной системе – это начальник цеха. Данная система и контур управления. «Бригадир» – «рабочий». Начальник цеха выставляет плановые установки бригадиру, поэтому, в данном контуре управления управляющей системой выступает бригадир. В цепи прямой связи – плановые установки – оригиналы, устные или письменные – множество промежуточных сообщений. То, что рабочий воспринимает реально – это множество образов.
Другой пример.
Фактическое состояние дел студента первого курса проживающего в общежитии и иногороднего – множество оригиналов. Описанное состояние его дел в письме к родителям – множество промежуточных сообщений. Множество образов – представления родителей при прочтении письма. Внешняя система в данном случае физически совмещена с управляющей. Если студент просит денег в письме, то в качестве внешней системы выступает он сам, потому что он сам настраивает себя на написание такого письма.
Кроме отмеченных видов сообщений в цепи управления, с практической точки зрения следует выделять ,так называемые, активные и пассивные сообщения. Активные сообщения – сообщения, существующие только при наличии притока энергии от источника сообщения, но и сами могут порождать другие продольные сообщения.
Пассивные сообщения (следы явлений) – сообщения, существующие без притока энергии от источника воздействия, и сами не могут порождать другие сообщения. Пассивные сообщения – обычно записи всякого рода (наскальные, на бумаге, лазерные, на магнитной ленте).
Если в цепи управления в каком-то поперечном множестве, хотя бы в одном, есть множество пассивных сообщений, то для дальнейшего протекания процесса управления, пассивные сообщения необходимо «оживить», т.е. преобразовать в активные.
Пример.
Активные сообщения – акустические колебания от музыкального инструмента. Предположим, музыку нужно записать. Понятно, что должен быть микрофон, и т.д. в конечном итоге остаются следы на магнитной ленте – пассивные сообщения. Для дальнейшего процесса управления, когда требуется активизировать сообщения, необходим приток энергии от приёмника – протяжка ленты мимо читающей головки. Здесь важно: если требуется организовать правильное информирование, т.е. чтобы образы, т.е. цепочка воспроизведенных звуков была такой же как и цепочка записанных звуков, т.е. совпадать с оригиналами, требуется чтобы параметры энергии приёмника совпадали с параметрами энергии источника, иначе будут искажения. В нашем случае – скорость протяжки ленты должны быть одинаковой.
Однако, оказывается, что если в цепи нет пассивных сообщений, а только активные, искажения таки в образах могут быть, когда активные сообщения в промежуточном множестве претерпели деформацию – усиление или послабление.
До недавнего времени (до второй мировой) управление в автоматических системах было основано в основном только на основе только активных сообщений, но реальные процессы управления всё же существовали, в т.ч. с использованием пассивных сообщений, а такими являются разные записи, или показания приборов. Другие процессы управления были возможны только с участием человека, так как только человек в состоянии активизировать пассивные сообщения – читать разные записи, картинки, показания приборов и в зависимости от этого принимать решения.
С середины прошлого столетия, когда появились элементы памяти, и особенно когда появились вычислительные машин, использующие память (комп). Стало возможна организация полностью автоматического управления, без участия человека. Однако, на наше счастье, ещё немало остаётся процессов управления, в т.ч. организация собственного поведения, где управления без участия человека невозможно. Таким образом, существуют системы автоматического управления без элементов памяти. В настоящее время много систем автоматического управления с запоминанием и распознаванием данных.
Третий тип систем управления – системы автоматизированного управления – с использованием компьютеров, при участии человека.