Урок 17
§2.5 Алгоритмы управления
Обобщение и систематизация основных понятий темы «Алгоритмизация и программирование»
Проверочная работа

2.5.1. Управление

Управление — это процесс целенаправленного воздействия на объект; осуществляется для организации функционирования объекта по заданной программе.

В середине прошлого века выдающийся американский учёный Норберт Винер (1894-1964), изучавший различные технические и биологические системы, установил, что управление в них осуществляется по общей схеме. Винер считается основоположником науки об управлении — кибернетики. Автор книги "Кибернетика, или управление и связь в животном и машине." 1948 года

Управляемым объектом (объектом управления) может быть техническое устройство (например, автомобиль), один человек (например, ученик, солдат) или коллектив (например, оркестр, работники предприятия).

Управляющим объектом (управляющей системой) может быть человек (например, шофёр, дирижёр оркестра, учитель, директор), коллектив (например, правительство, парламент), а может быть и техническое устройство (например, автоматический регулятор, компьютер).

Последовательность команд по управлению объектом, приводящая к заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления.

Простейшие алгоритмы управления могут состоять из одной команды или представлять собой линейную последовательность команд. Более сложные алгоритмы управления содержат ветвления и циклы.

2.5.2. Обратная связь

Для управления нужна информация.

Во-первых, управляющий объект должен получить информацию о том, что ему нужно, т. е. он должен знать цель своих действий.

Во-вторых, управляющий объект должен знать, как можно достичь поставленной цели. Важно, что информация о цели и способах её достижения должна быть известна управляющему объекту до начала процесса управления.

Пример 1. Рассмотрим управление движением автомашин (объект управления) на перекрёстке с помощью светофора (управляющий объект). В этой ситуации управляющее воздействие формируется в зависимости от заложенной в управляющем объекте исходной информации. Светофор не воспринимает текущую информацию о состоянии движения на перекрёстке, он не изменяет алгоритм управления от того, что с какой-то стороны скопилось очень много машин и образовалась «пробка».

Обратная связь — это процесс передачи информации о состоянии объекта управления в управляющий объект.

Обратная связь позволяет корректировать управляющие воздействия управляющего объекта на объект управления в зависимости от состояния объекта управления (рис. 2.7). Обратная связь предусмотрена в ряде бытовых приборов (например, утюг с терморегулятором, холодильник, кастрюля-скороварка), в живых организмах, в обществе.

Рис. 2.7. Кибернетическая модель управления

В настоящее время очень часто роль управляющего объекта отводится компьютеру, в память которого заложена программа управления, предусматривающая все варианты информации, которые могут быть получены по обратной связи.

Пример 2. Если вместо обычного светофора на дорожном перекрёстке будет установлен «интеллектуальный» светофор — высокотехнологичное устройство, оснащённое датчиками, фиксирующими скорость движения на дороге и плотность транспортных потоков, то управление движением станет более рациональным за счёт учёта информации, поступающей от объекта управления.

2.5.3. Системы с программным управлением. Робототехника

Системы, в которых роль управляющего объекта поручается компьютеру, называются автоматическими системами с программным управлением. Наиболее впечатляющими примерами таких систем являются роботы.

Робот — автоматическое устройство, действующее по заранее заложенной программе. Получая информацию о внешнем мире от датчиков (касания, расстояния, света, звука и др.), робот осуществляет производственные и иные операции, ранее выполнявшиеся человеком. При этом робот может получать команды от оператора или действовать автономно.

Сегодня в мире используются миллионы роботов. Они выполняют не только однообразные рутинные операции, которые не нравятся человеку, но и задачи, которые нам не под силу. Роботы управляют самолётами и поездами, помогают в строительстве космической станции, в сборке автомобилей и производстве микрочипов, охраняют здания, используются военными для разведки и разминирования, помогают спасателям искать людей под завалами. Нет такой области, в которой человек не попытался создать себе автоматического помощника.

Робототехника — наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем, опирающаяся на информатику, а также на такие дисциплины, как:

• механика (движение материальных тел и взаимодействие между ними);
• телемеханика (контроль и управление объектами на расстоянии);
• электроника (методы создания электронных приборов и устройств для приёма, передачи, обработки и хранения информации);
• радиотехника (методы генерации, усиления, преобразования, излучения и приёма радиосигналов, проектирование и изготовление радиоаппаратуры).

САМОЕ ГЛАВНОЕ

Управление — процесс целенаправленного воздействия на объект; осуществляется для организации функционирования объекта по заданной программе.

Последовательность команд по управлению объектом, приводящая к заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления.

Вопросы и задания

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?

2. Что такое управление? Приведите примеры управляющих систем и управляемых ими объектов.

3. Что такое алгоритм управления? Приведите примеры ситуаций, в которых имеют место линейные, разветвляющиеся и циклические алгоритмы управления.

4. Что изучает наука кибернетика?

5. Какая информация нужна для управления? Приведите пример.

6. Что такое обратная связь?

7. Опишите кибернетическую модель управления.

8. Найдите информацию и подготовьте сообщение на одну из следующих тем:

а) Прообразы современных роботов;
б) Откуда взяло начало слово «робот»;
в) Сферы применения робототехники.

Практическая часть урока "Обобщение и систематизация основных понятий темы «Алгоритмизация и программирование». Проверочная работа."

Электронное приложение к уроку

Cкачать материалы урока