Управление и кибернетика

1.

УПРАВЛЕНИЕ И КИБЕРНЕТИКА

2.

ЧТО ТАКОЕ КИБЕРНЕТИКА?
ЧТО ИЗУЧАЕТ И ДЛЯ ЧЕГО НУЖНА?

3.

Киберне́тика от др.-греч. κυβερνητική «искусство управления»
• Кибернетика - это наука об общих закономерностях
процессов управления и передачи информации в
машинах, живых организмах и их объединениях.
• Кибернетика является теоретической основой
автоматизации технологических процессов.

4.

• Основные положения
кибернетики сформулировал в
1948 американский ученый
Норберт Винер в книге
«Кибернетика, или управление
и связь в машинах и живых
организмах».
Норберт Винер

5.

• Кибернетика – это наука представляющая
законы взаимодействия машин с живыми
организмами. Но основное понятие
кибернетики сводится к цели управления.
А что такое управление?

6.

• Управление – это всегда
целенаправленный процесс, для
которого и существует созданная
система.

7.

УПРАВЛЕНИЕ И КИБЕРНЕТИКА
• Процесс управления возможен только в организованной среде, поэтому
необходимо создать для этого соответствующие условия и обозначить
исполнителей
• Между ними будет происходить обмен информацией. Сигналы информации
передаются через специальные датчики.
• Таким образом, обмен информацией — постоянный процесс.
• Понятие информации является одним из основных моментов в кибернетики.
• Она изучает процессы управления. Из этого следует, что науку кибернетика
используют для передачи, обработки и даже хранения основной
информации как в машинах, так и в живых организмах.

8.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ КИБЕРНЕТИКИ
• Возникновение кибернетики обусловлено, с одной
стороны, потребностями практики, выдвинувшей
задачи создания сложных устройств автоматического
управления, и, с другой стороны — развитием научных
дисциплин, изучающих процессы управления в
различных физических областях в подготовивших
создание общей теории этих процессов.

9.

• К числу таких наук относятся:
• теория автоматического регулирования и следящих систем
• теория электронных программно-управляемых
вычислительных машин
• статистическая теория передачи сообщений
• теория игр и оптимальных решений и т. д.
• комплекс биологических наук, изучающих процессы
управления в живой природе (рефлексология, генетика и др.)

10.

В отличие от указанных наук, занимающихся
конкретными процессами управления,
кибернетика изучает то общее, что свойственно
всем процессам управления, независимо от их
физической природы, и ставит своей задачей
создание единой теории этих процессов.

11.

КИБЕРНЕТИКА И
РОБОТОТЕХНИКА

12.

• Для любых процессов управления характерно:
• наличие организованной системы, состоящей из управляющих и
управляемых (исполнительных) органов
• взаимодействие данной организованной системы с внешней
средой, являющейся источником случайных или систематических
возмущений
• осуществление управления на основе приема и передачи
информации
• наличие цели и алгоритма управления

13.

• В задачу кибернетики входит также
систематическое сравнительное изучение
структуры и различных физических принципов
работы систем управления с точки зрения их
способности воспринимать и перерабатывать
информацию.
• Кибернетика по своим методам является
наукой, широко использующей разнообразный
математический аппарат, а также
сравнительный подход при изучении
различных процессов управления.

14.

Основные разделы
кибернетики
Теория
информации
Теория методов
управления
(программирования)
Теория систем
управления

15.

ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ
• Изучает способы восприятия, преобразования и передачи информации.
• Информация передается при помощи сигналов — физических процессов, у
которых определенные параметры находятся в однозначном соответствии с
передаваемой информацией.
• Установление такого соответствия называется кодированием.
• Центральное понятие - мера количества информации, определяемая как
изменение степени неопределенности в ожидании некоторого события, о
котором говорится в сообщении до и после получения сообщения.
• Эта мера позволяет измерять количество информации в сообщениях подобно
тому, как в физике измеряется количество энергии или количество веществ.
Смысл и ценность передаваемой информации для получателя при этом не
учитываются.

16.

ТЕОРИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
• Занимается изучением и разработкой методов переработки и использования
информации для управления.
• Программирование работы любой системы управления в общем случае
включает в себя:
• определение алгоритма нахождения решений
• составление программы в коде, воспринимаемом данной системой
• Нахождение решений сводится к переработке заданной входной информации в
соответствующую выходную информацию (команды управления),
обеспечивающую достижение поставленные цели. Оно осуществляется на
основе некоторого математического метода - алгоритма.

17.

• Теория алгоритмов, используемая в
кибернетике, изучает формальные способы
описания процессов переработки информации
в виде условных математических схем —
алгоритмов.
• Основное место занимают здесь вопросы
построения алгоритмов для различных классов
процессов и вопросы тождественных
(равносильных) преобразований алгоритмов.

18.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ
• Основная задача - выработка методов
автоматизации процессов переработки
информации на электронных программноуправляемых машинах.
• Основную роль играют здесь вопросы
автоматизации программирования. Т. е.
вопросы составления программ решения
различных задач на машинах с помощью
этих машин.

19.

ТЕОРИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
• Изучает структуру и принципы построения таких систем и их
связи с управляемыми системами и внешней средой.
• Системой управления в общем случае может быть назван
любой физический объект, осуществляющий
целенаправленную переработку информации.
• Это может быть, нервная система животного, система
автоматического управления движением самолета и др.).

20.

• Кибернетика изучает абстрактные системы управления,
представленные в виде математических схем (моделей),
сохраняющих информационные свойства соответствующих классов
реальных систем.
• Кибернетика выделяет два общих принципа построения систем
управления: обратной связи и многоступенчатости (иерархичности)
управления.
• Принцип обратной связи позволяет системе управления постоянно учитывать
фактическое состояние всех управляемых органов и реальных воздействий
внешней среды.
• Многоступенчатая схема управления обеспечивает экономичность и
устойчивость системы управления.

21.

МЕДИЦИНСКАЯ КИБЕРНЕТИКА

22.

• Существует медицинская кибернетика, как отдельный
аспект этой области.
• Основной целью медицинской кибернетики является
использование достижений в медицинской сфере для
создания новейших технологий для эффективных
способов лечения больных.
• Эти достижения во всю применяются в настоящее
время. И многим известны случаи, когда больной орган
был заменен аппаратом.
• Внедрение в медицинскую практику машинной
диагностики позволяет не только правильно поставить
диагноз, но и подобрать оптимальный
индивидуальный курс лечения пациентов. В настоящее
время разрабатывается система полной автоматизации
управления медицинскими учреждениями.

23.

@bionic_russia
Константин Дебликов
• Бионические протезы – наиболее
прогрессивные, появившиеся на стыке трёх
наук: робототехники, механики и биологии. Они
максимально приближены к действию
человеческой руки и значительно повышают
качество жизни.
• Благодаря им люди в совершенстве осваивают
такие сложные действия, как приготовление
еды, завязывание шнурков, рисование, работа
за компьютером.
• К минусам бионических рук относится их
высокая стоимость.
• Плюсов значительно больше: человек ведет
привычный образ жизни, выполняя руками все
необходимые ему действия.

24.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:
Написать мини-конспект
«Управление с обратной связью»