Кибернетика: общие законы управления. Понятие обратной связи.

Термодинамика объясняет возможность высокой упорядоченности в сложных системах. Для рассмотрения механизм поддержания упорядоченности необходимо привлечь представления кибернетики.

Кибернетика – наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации.

Объектом кибернетики являются все управляемые системы. Системы, не поддающиеся управлению, в принципе, не являются объектами изучения кибернетики. Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления. Кибернетические системы рассматриваются абстрактно, вне зависимости от их материальной природы (автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество). Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.

Кибернетические системы имеют входные и выходные каналы, по которым они обмениваются сигналами с внешней средой. Поскольку каждая система сигналов, независимо от того, формируется она разумными существами или объектами и процессами неживой природы, несет в себе ту или иную информацию, то всякая кибернетическая система, может рассматриваться как преобразователь информации. Рассмотрение различных объектов живой и неживой природы как преобразователей информации или как систем, состоящих из элементарных преобразователей информации, составляет сущность так называемого кибернетического подхода к изучению этих объектов.

Возникновение кибернетики как самостоятельной науки связывают с работами американского математика Норберта Винера(1894-1964), опубликовавшего в 1948 свою знаменитую книгу "Кибернетика". Винер определил кибернетику как "науку об управлении и связи в животном, машине и обществе". Принципиально новые возможности для решения задач кибернетики возникли после создания и широкого распространения ЭВМ. Стремительное развитие вычислительной техники породило большой интерес к кибернетике в 60-70е годы и ее бурное развитие во всем мире. В 80-90е годы термин «Кибернетика» частично подменялся термином "Информатика", имеющим отношение прежде всего к компьютерам и обработке информации. Однако в последние годы возросло значение собственно кибернетики, в том числе и в связи с развитием Интернета .

Кибернетика является междисциплинарной наукой. Она возникла на стыке математики, логики, семиотики, физиологии, биологии, социологии. Ей присущ анализ и выявление общих принципов и подходов в процессе научного познания.

Основными задачами, решаемыми кибернетикой, являются:

· Установление фактов, общих для управляемых систем;

· Нахождение общих законов, которым подчиняются управляемые системы;

· Определение путей практического использования установленных фактов и найденных закономерностей.

Основными понятиями кибернетики являются управление, целенаправленность, обратная связь, информация.

Целенаправленное изменение поведения кибернетических систем происходит при наличии управления. Основной задачей системы с управлением является такое преобразование поступающей в систему информации и формирование таких управляющих воздействий, при которых обеспечивается достижение (по возможности наилучшее) заданных целей управления.

Управление –это воздействие на объект, выбранное на основе имеющейся информации из множества возможных воздействий, улучшающее его функционирование или развитие.

Всякая система управления рассматривается как единство управляющей системы (субъекта управления) и управляемой системы (объекта управления). У управляемых систем всегда существует некоторое множество возможных изменений, если нет выбора, то нет и управления. Свойством управляемости обладает не любая система, а только достаточным образом организованная. Чтобы управление могло целенаправленно изменять объект, оно должно содержать четыре необходимых элемента:

· Каналы сбора информации о состоянии объекта и среды;

· Канал воздействия на объект;

· Цель управления;

· Способ (алгоритм) управления.

· Способ внедрение выбранного алгоритма.

· Оценка эффективности выбранного метода управления (обратная связь).

Обратная связь

Если в открытой системе между воздействием внешней среды и реакцией системы устанавливается связь, то говорят об обратной связи. Если вызванное поведение системы (реакция) усиливает внешнее воздействие, то имеет место положительная обратная связь, если уменьшает – то отрицательная. Особый случай представляют собой гомеостатические обратные связи, направленные на то, чтобы свести к нулю внешнее воздействие на систему. Механизм обратной связи повышает степень внутренней организации системы. Наличие обратной связи позволяет сделать вывод о целенаправленности ее поведения - самоуправленияи самоорганизации. Самоуправление и цели, которые оно преследует, носит многоуровневый иерархический характер.

Цель 1 порядка – обеспечить существование системы (поддержание неравновесного стационарного состояния);

Цель 2 порядка – поддержание постоянства параметров внутри системы (гомеостаз), являющегося необходимым условиям высокого качества функционирования системы;

Цель 3 порядка – достижение оптимальных в данных условиях показателей существования системы, например, максимальной энергетической эффективности и надежности функционирования.