- Введение в тему
- Управление
- Обратная связь
- Системы с программным управлением. Робототехника
- научиться различать модели управления без обратной связи и управление с обратной связью
- изучить, что собой представляют автоматические системы с программным управлением
- изучить классификацию роботов по управлению
- Что такое управление?
- Приведите примеры управляющих объектов и объектов управления.
- Что такое робот?
Введение в тему
В настоящее время существует огромное множество кибернетических систем. К ним относятся: автоматические регуляторы в технике, компьютеры, роботы и др.
Понимание устройства таких систем способствует выработке умения обращаться с ними, а следовательно, с их помощью получать результаты различной информационной деятельности.
Данная тема будет актуальна не только инженерам, но и гуманитариям, т. к. к кибернетическим системам относят и человеческое общество.
Управление
Управление — это целенаправленный процесс воздействия на объект, приводящий к результату.
Кибернетика — это наука об управлении сложными системами с обратной связью.
Рис. 1 Норберт и Маргарет Винер на Международном математическом конгрессе, Цюрих, 1932 год. Автор Johannes Meiner. Источник E-Pics Bildarchiv online
Основоположник кибернетики — Норберт Винер (1894–1964) (рис. 1).
Любой процесс управления состоит из двух объектов:
- управляющий объект;
- управляемый объект.
Управляющий объект (управляющая система) — это объект, который совершает управляющее воздействие.
Управляемый объект (объект управления) — это объект, над которым совершается управляющее воздействие.
По характеру связи управляющего объекта и объекта управления различают:
- управление с обратной связью;
- управление без обратной связи.
Обратная связь
Рассмотрим более подробно, что собой представляет система управления с обратной связью.
Система управления с обратной связью (замкнутая система) — это система управления, в которой учитывается состояние объекта управления через обратную связь.
Информационную модель системы управления с обратной связью можно представить в виде схемы, представленной на рис. 2.
Рис. 2. Модель системы управления с обратной связью
Примеры систем управления с обратной связью: управляемые ракеты; запись информации на жёсткий диск; обучение в школе; процесс дрессировки домашнего животного и др.
Рассмотрим более подробно, что собой представляет система управления без обратной связи.
Система управления без обратной связи (разомкнутая система) — это система управления, в которой не учитывается состояние объекта управления и процесс управления протекает только по каналу управления.
Информационную модель системы управления без обратной связи можно представить в виде схемы, представленной на рис. 3.
Рис. 3. Модель системы управления без обратной связи
Примеры систем управления без обратной связи: управление движением с помощью светофора; процесс записи информации на оптические диски и др.
Системы с программным управлением. Робототехника
Системы с автоматическим управлением и автоматической обратной связью (автоматические системы с программным управлением) — это системы управления, в которых компьютер является управляющим объектом, получающим информацию по каналу автоматической обратной связи и производящим необходимые действия по прямому каналу автоматического управления.
Информационную модель автоматической системы с программным управлением можно представить в виде схемы на рис. 4.
Рис. 4. Модель автоматической системы с программным управлением
Примеры автоматических систем с программным управлением: самонаводящиеся ракеты, различные роботы и др.
Рассмотрим самый наглядный пример автоматической системы с программным управлением — робота.
Робот — это автоматическое устройство, предназначенное для осуществления различного рода механических операций, которое действует по заранее заложенной программе.
Классификация роботов по типу управления:
1. Автономные роботы — роботы, выполняющие задачи без участия человека. Например, беспилотные автомобили, марсоходы и др.
Пример автономного робота-марсохода показан на рис. 5.
Рис. 5. Испытание робота-марсохода в Сахаре
2. Полуавтономные роботы — роботы, выполняющие задачи без участия человека по заранее прописанному алгоритму. Например, станки с ЧПУ (числовое программное управление), роботы-сборщики на линиях производства и др.
Пример роботов-сборщиков показан на рис. 6.
Рис. 6. Роботы-сборщики автомобилей
3. Управляемые — роботы, управляемые человеком непосредственно или дистанционно. Например, экзоскелеты, машинка с дистанционным управлением
и др.
Пример экзоскелета показан на рис. 7.
Рис. 7. Экзоскелет
Робототехника — отдел прикладной науки, который занимается проектированием, производством и применением автоматизированных технических систем — роботов.
Робототехника опирается на информатику, а также на ряд технических дисциплин, которые развивают её с различных сторон (таблица 1).
Таблица 1. Технические дисциплины, с которыми связана робототехника
Контрольные вопросы
- Что собой представляет процесс управления?
- Какая наука занимается изучением сложных систем управления и кто её основоположник?
- Какие системы управления называют с обратной связью?
- Чем отличаются системы управления с обратной связью от систем управления без обратной связи?
- Приведите по 2–3 примера систем управления с обратной связью и без обратной связи.
- Какие системы называют автоматическими системами с программным управлением?
- Что такое робототехника? На какие дисциплины она опирается?
