Кибернетические системы

Кибернетические системыКибернетика - наука об общих закономерностях процессов управления и передачиинформации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество.Предметом исследования кибернетики являются не все вопросы структуры и поведенияэтих систем, а только те из них, которые связаны с процессами управлении. Управление- информационный процесс. Информация - «нища», «ресурс» управления. Поэтомукибернетика есть, вместе с тем, наука об информации, об информационных системах ипроцессах.Кибернетика подразделяется на теоретическую кибернетику, техническую и прикладную.Задача теоретической кибернетики - разработка научного аппарата и методовисследования систем управления независимо от их конкретной природы.Техническая кибернетика - отрасль науки, изучающая технические системы управления.Важнейшие направления исследований - разработка и создание автоматических иавтоматизированных систем управления, а также автоматических устройств и комплексовдля передачи, переработки и хранения информации.

Одно из важнейших ее направлений разработка и создание различных автоматических устройств: технологических (например,станков-автоматов, автоматических регуляторов и др.), измерительных (автоматическихдатчиков, регистраторов, измерительных комплексов), информационных(вычислительных и управляющих машин) (Википедия).Прикладная кибернетика, в зависимости ог типа изучаемых систем управления, можетбыть разделена: • на биологическую кибернетику; • социальную кибернетику; • экономическую кибернетику.Экономическая кибернетика решает проблемы оптимизации управления экономикой вцелом, его отдельными отраслями, экономическими районами, промышленнымикомплексами, предприятиями и т.

д.В общем, круг вопросов, решаемых кибернетикой чрезвычайно широк: • физическое, математическое и компьютерное моделирование различныхпроцессов и систем; • программная и аппаратная реализация технических средств сбора, передачи,хранения и преобразования информации; • управление системами, в том числе производственными; • робототехнические системы; • искусственный интеллект; • распознавание образов; • нейронные сети; • анализ и синтез конечных автоматов; • системный анализ и др.Промежуточным звеном между биологической и технической кибернетикой являетсябионика (биомиметика) - наука об использовании моделей биологических процессов имеханизмов в качестве прототипов для совершенствования существующих и созданияновых технических устройств.Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:• изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток(нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительнойтехники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики(нейробионика); • исследование органов чувств и других воспринимающих систем живыхорганизмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения; • изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животныхдля использования этих принципов в технике; • исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностейживых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.Бионика стала особенно бурно развиваться с освоением нанотехнологий.

Создаютсяминиатюрные роботы в медицине, для военных целей - искусственные летающиенасекомые для уничтожения живой силы противника. Разрабатываются алгоритмыобъединения таких насекомых в стаи.Кибернетика в основном рассматривает закрытые системы, то есть замкнутые исамодостаточные.Кибернетическая система - эго множество взаимосвязанных объектов - элементовсистемы, способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а такжеобмениваться информацией. Система включает также связи между элементами. Элементыи связи между ними могут обладать свойствами (показателями), каждое из которых можетпринимать некоторое множество значений.К основным задачам кибернетики относятся: • установление фактов, общих для управляемых систем или для некоторых ихсовокупностей; • выявление ограничений, свойственных управляемым системам и установление ихпроисхождения; • нахождение общих законов, которым подчиняются управляемые системы; • определение путей практического использования установленных фактов инайденных закономерностей.Для управлении применяют специальные методы, выдвинутые кибернетикой (обратнуюсвязь, саморегулирование и самоорганизацию и т.

н.). Управлять - это и предвидеть теизменения, которые произойдут в системе после подачи управляющего воздействия(сигнала, несущего информацию). Всякая система управления рассматривается какединство управляющей системы (субъекта управления) и управляемой системы - объектауправления. Управление системой или объектом всегда происходит в какой-то внешнейсреде. Поведение любой управляемой системы всегда изучается с учетом ее связей сокружающей средой.

Общая схема управления показана на рис. 3.2.Рис. 3.2. Схема управления системойЧтобы управление могло функционировать, то есть целенаправленно изменять объект,оно должно содержать четыре необходимых элемента: • каналы сбора информации о состоянии среды и объекта; • канал воздействия на объект; • цель управления; • способ (алгоритм, правило) управления, указывающий, каким образом можнодостичь поставленной цели, располагая информацией о состоянии среды и объекта.Целенаправленность искусственных управляемых систем задается ихразработчиками и пользователями. Кибернетика является предшественницей наукио сложных динамических системах. Она заложила основы методов изучениясамопод- держивающихся систем используя понятия обратной связи и контроля.Теория сложности включает некоторые новые понятия, такие как самоорганизация и ееразные виды, уделяет более важное место заимствованным понятиям возникновения,фазового пространства и ландшафта соответствия, и, по существу, устанавливает иисследует связи между разными системами.

Она рассматривает двусторонние потокиинформации между системами, их взаимные реакции на окружающую среду и ихсовместную эволюцию. Теория сложных систем рассматривает системы, которые могутэволюционировать и адаптироваться, что делает их существенно отличными от систем,рассматриваемых кибернетикой.Кибернетический подходМежду информатикой и кибернетикой существует тесная связь. Основал кибернетику вконце 1940-х гг. американский ученый Норберт Винер. Можно сказать, что кибернетикапородила современную информатику, выполнила роль одного из ее источников. Сейчаскибернетика входит в информатику как составная часть.Кибернетика имеет дело со слоясными системами: машинами, живыми организмами,общественными системами.

Но она не стремится разобраться в их внутреннем механизме.Кибернетику интересуют процессы взаимодействия между такими системами или ихкомпонентами. Рассматривая такие взаимодействия, как процессы управления,кибернетику определяют как науку об общих свойствах процессов управления в живых инеживых системах.С точки зрения кибернетики любое управление происходит путем информационноговзаимодействия управляющего и управляемого объектов, которые обмениваются междусобой сигналами (символами, знаками), передаваемыми по каналам связи. Информацияесть содержание этих сигналов. В частности, любой текст на каком-то языке естьпоследовательность букв (в письменной форме) или звуков (в устной форме), которыеможно рассматривать как графические или акустические сигналы.Передача сигналов требует определенных материальных и энергетических затрат.Например, при использовании электрической связи нужны провода и источникиэлектроэнергии.

Однако содержание сигналов не зависит от затрат вещества или энергии.В последовательностях сигналов закодированы определенные смысловые символы, вкоторых и заключается их содержание. Эти символы могут быть буквами текста на какомто языке (например, в азбуке Морзе: « . — » обозначает букву «А») или целымипонятиями (например, красный сигнал светофора обозначает «Стоять!»)..