Сообщения в процессе управления

Для обеих цепей управления контура управления В-С-А-Д (рис. 1.2) общим является то, что в каждой из них осуществляется воздействие одного ее элемента на другой. Например, в цепи управления С управляемая система воздействует на управляющую. Поэтому для исследования явлений и процессов в цепях управления в общем случае можно ограничиться рассмотрением только одной цепи.

Источник (воздействия) – это система, воздействующая на другую систему контура управления.

Для цепи С источником является управляемая система В, а для цепи Д – управляющая система А (рис. 1.2).

Приемник (воздействия) – это система, на которую воздействует другая система контура управления.

Для цепи С приёмником является управляющая система А, а для цепи Д – управляемая система В (рис. 1.2).

Из этих определений следует, что цепь управления начинаемся на выходе источника и заканчивается на входе приёмника (рис. 1.3).

 

Рис. 1.3. Цепь управления в общем виде: И – источник воздействия; П – приёмник воздействия; < x, y, z > – цепь управления

 

Чтобы изменения на выходе источника приводили к изменениям на входе приёмника в цепи управления должен протекать некоторый физический процесс. Будем считать, что физический процесс в цепи управления складывается из определенного числа (различимых) физических состояний.

Любое физическое состояние можно рассматривать с двух точек зрения: с энергоматериальной, т.е. как состояние, описываемое количеством энергии и вещества, и со структурной, т.е. как состояние, описываемое распределениемэнергии и вещества в пространстве и времени.

Любой физический процесс, в том числе и процесс управления, основан, с одной стороны, на использовании определенного количества энергии и вещества, т.е. на энергоматериальных изменениях, а с другой стороны, на перераспределении энергии и вещества в пространстве и времени, т.е. на структурных изменениях. Так в процессе управления определённые структурные изменения в управляющей системе обеспечивают требуемые изменения в управляемой системе. Для осуществления этих структурных изменений необходимо затрачивать энергию.

Процесс выполнения работы (рабочий процесс) основан преимущественно на энергоматериальных изменениях, т.е. на затратах энергии и вещества. Здесь существенно наличие физических сил, изменяющих физические состояния.

Процесс управления, основан преимущественно на структурных изменениях, для формирования которых желательны меньшие затраты энергии. Здесь важно существование различий между определёнными физическими состояниями.

Сообщение – это физическое состояние, определённым образом отличающееся от других, физических состояний в цепи управления.

Подчеркнём, что отличающихся физических состояний в природе бесчисленное множество, однако сообщениями являются лишь те из них, которые относятся к одной и той же цепи управления конкретного контура управления.

Теперь можно сказать, что воздействие в цепи управления состоит из определённого числа сообщений. Это число зависит от детальности различения физических состояний, представляющих сообщения, так как любая система (техническая, биологическая и т.д.) обладает определённой, ограниченной чувствительностью или разрешающей способностью. В общем случае число сообщений, составляющих воздействие в цепи управления, определяется тем, сколько таких состояний различается в каждом месте цепи управления и сколько таких мест учитывается.

Будем различать поперечное множество сообщений, размещающихся в произвольном месте цепи управления, и продольноемножество сообщений, возникших из других сообщений или из которых возникли другие сообщения, причём каждое из сообщений этого множества принадлежит к различным поперечным множествам (рис. 1.4).

 

Рис. 1.4. Сообщения в цепи управления: ИСТОЧНИК – источник воздействия; ПРИЕМНИК – приёмник воздействия; X = { х ₁, х ₂, х ₃ } – оригиналы – одно из поперечных множеств сообщений; У – промежуточные сообщения; Z – образы; { x ₁, y ₁, z₁ } – одно из продольных множеств сообщений

Ещё раз подчеркнём, что конечное число сообщений в цепи управления обусловлено тем, что каждый её участок, рассматриваемый как материальная система, не может различать бесконечное число физических состояний.

Сообщение будем называть оригиналом, образомили промежуточным сообщением в зависимости от того к какому из поперечных множеств цепи управления оно относится: либо к множеству, находящемуся на выходе источника, либо – на входе приёмника, либо к множеству, находящемуся между выходом источника и входом приёмника (рис. 1.4).

Цепь управления может и не содержать промежуточных сообщений.

Теперь можно определить воздействие в цепи управления как преобразование оригиналов в образы через посредство промежуточных сообщений, если имеется необходимость в их использовании.

Рассмотрим для примера несколько цепей управления. Истинное состояние дел учащегося, проживающего в городе Омске, – множество оригиналов, сообщения в его письме родителям, проживающим в другом месте, – множество промежуточных сообщений, воспринятое родителями состояние дел их сына – множество образов. Здесь рассматривается контур управления «ученик – его родители», а в качестве внешней системы взято учебное заведение, которое оказывает воздействие только на учащихся. При этом управляющей системой будет ученик, который задаёт поведение родителей, являющихся в данном случае управляемой системой.

Рассмотрим контур управления «рабочий – бригадир». Если в качестве внешней системы взять цеховое управление, то бригадир является управляющей системой, на выходе которой имеются плановые установки – оригиналы; при этом образами являются представления о них у рабочего, а их словесно-звуковые выражения бригадиром – это промежуточные сообщения.

Если выход источника состыкован со входом приёмника, то можно считать, что оригиналы и образы являются одним и тем же поперечным множеством сообщений. Такое имеет место, например, при рассмотрении картинки или фотографии, которые являются одновременно передаваемым и принимаемым множеством сообщений.

В процессе управления вовсе не всегда обязательно, чтобы образы получались по времени позже оригиналов. Это становится понятным, если вспомнить, что приёмник реагирует непосредственно на образы, а не на оригиналы. То есть при определённых (конкретных) образах реакция приёмника не зависит от того, какие оригиналы и когда они получены. Учитывая это замечание, будем различать в зависимости от моментов существования оригиналов и образов три способа управления: на основе прошлых событий, на основе диагноза и на основе прогноза.

Управление на основе прошлых событий такое, при котором оригиналы предшествуют по времени образам. Например, в процессе управления с целью восстановления архитектурного памятника оригиналами являются старинные постройки, а образами – их нынешние развалины.

Управление на основе диагноза такое, при котором оригиналы и образы существуют одновременно. Например, действительное состояние организма человека (множество оригиналов) и диагноз врача (множество образов) существуют практически одновременно. Температура пламени (оригинал) и его яркость (образ) или фамилии абонентов в телефонном справочнике (оригиналы) и номера их телефонов (образы) также существуют одновременно.

Управление на основе прогноза такое, при которой оригиналы появляются позже образов. Таким является, например, управление людей своими действиями на основе прогноза погоды (образ), который появляется ранее действительного состояния погоды в момент предсказания (оригинал).

Подчеркнём, что сообщением может быть всё, что в какой-то мере можно отличить в процессе управления и не обязательно, чтобы сообщения в цепи управления были одного и того же рода. Например, в электронных системах управления и вычислительных машинах большая часть сообщений (но не все) представлена электрическими сигналами. В то же время сообщениями могут служить: твёрдое состояние вещества в отличие от некоторого графического изображения знака; реальный предмет в отличие от слова «квадратный»; физическая величина в отличие от цвета «синий» и т.п.

С практической точки зрения следует различать «активные» и «пассивные» сообщения.

Активные сообщения или явления существуют только при наличии притока энергии и сами могут порождать другие сообщения.

Пассивныесообщения или следы явлений (память о явлениях) существуют без притока энергии, но сами не могут порождать другие сообщения.

При определённых видах управления множество активных промежуточных сообщений после прекращения поступления энергии от источника преобразуется во множество пассивных промежуточных сообщений. В процессе управления это множество для получения множества образов должно быть преобразовано во множество активных промежуточных сообщений. Для этого, кроме поступления энергии от источника, необходим также приток энергии от приёмника. Однако, если параметры энергии приёмника отличаются от параметров энергии, поступающей от источника, то при преобразовании пассивных сообщений в активные может произойти искажение сообщений. Рассмотрим для примера цепь управления, имеющую на одном конце в качестве источника звучащий музыкальный инструмент, а на другом человека, слушающего данные звуки в другое время. Звуковые волны – оригиналы – порождают другие активные промежуточные сообщения, которые в конечном счёте преобразуются в магнитофоне при их записи в пассивные сообщения, размещенные на магнитной ленте. Для последующего прослушивания, т.е. для преобразования пассивных сообщений опять в активные (звуки – образы), необходима энергия, чтобы привести в движение магнитную ленту. Если при этом скорость протяжки ленты отличается от её скорости в момент записи, то воспроизводимые звуки – образы – будут отличаться от оригиналов.

Искажение сообщений может произойти и при таком процессе управления, в котором существуют только активные сообщения, если какое-то множество промежуточных активных сообщений претерпело изменение от притока энергии из приёмника. Из-за этого, например, при тиражировании рисунков или фотографий копии (образы) могут отличаться от оригиналов по цвету, контрастности, их изображения могут быть деформированы и т.п.

Таким образом, следует различать два вида процессов управления: с использованием только активных сообщений и с использованием, в том числе и пассивных сообщений.

Первый вид процессов управления основан на том, что все множества сообщений (оригиналы, промежуточные сообщения в образы) являются множествами только активных сообщений. Например, в процессе измерения – напряжения в сети (оригиналы), токи в катушке рамки стрелочного вольтметра (промежуточные сообщения), положения стрелки (образы) – все эти сообщения являются активным сообщениями.

Второй вид процессов управления основан на использовании, кроме поперечных множеств активных сообщений, хотя бы одного поперечного множества пассивных сообщений. Для продолжения процесса управления необходим приток энергии от приёмника, с помощью которого пассивные сообщения преобразуются в активные.

Заметим, что ранее процессы управления с пассивными сообщениями были возможны только с участием человека, который способен читать различные записи, воспринимать показания приборов и т.п., то есть преобразовывать пассивные сообщения в активные. С появлением и развитием элементов памяти и, особенно, вычислительных машин, удаётся автоматизировать всё большее число различных процессов управления.

Вопросы для закрепления и углубления материала

1. Определите источник и приёмник воздействий в цепи управления.

2. Какова связь между понятиями воздействия в цепи управления, физическим процессом и физическим состоянием?

3. Чем характеризуется физическое состояние с энергоматериальной и структурной точек зрения?

4. Что понимается под энергоматериальными и структурными изменениями в физическом процессе? Какие изменения наиболее существенны в процессе управления? Наличие каких факторов наиболее существенно в рабочем процессе и процессе управления?

5. Определите сообщение.

6. Почему воздействие в цепи управления можно рассматривать состоящим из определённого числа сообщений?

7. Чем определяется число сообщений, составляющих воздействие в цепи управления?

8. Какие множества сообщений составляют воздействие в цепи управления?

9. Определите оригинал, образ и промежуточное сообщение.

10. Почему образы в процессе управления могут появляться раньше оригиналов? Какие способы управления следует различать в зависимости от моментов существования оригиналов и образов? Определите эти способы управления.

11. Какие различаются типы сообщений и что представляют они собой?

12. Какие виды процессов управления следует различать в зависимости от типов используемых сообщений? Почему некоторые процессы управления ранее были невозможны без участия человека?

13. Где возможно поясните ответы примерами.