sibernetik nedir

Sibernetik - kontrol süreçlerinin genel yasalarının bilimi ve makinelerde, canlı organizmalarda ve bunların birlikteliklerinde bilgi aktarımı. Sibernetik teorik temeldir süreç otomasyonu.

Sibernetiğin temel ilkeleri, 1948'de Amerikalı bilim adamı Norbert Wiener tarafından Sibernetik veya Makinelerde ve Canlı Organizmalarda Kontrol ve İletişim adlı kitabında formüle edildi.

Sibernetiğin ortaya çıkışı, bir yandan, karmaşık otomatik kontrol cihazları yaratma problemini ortaya çıkaran uygulama gereksinimleriyle, diğer yandan çeşitli fiziksel alanlarda kontrol süreçlerini inceleyen bilimsel disiplinlerin gelişmesiyle koşullanmıştır. bu süreçlerin genel bir teorisinin oluşturulmasına hazırlık olarak.

Bu tür bilimler şunları içerir: otomatik kontrol ve izleme sistemleri teorisi, elektronik programlanmış bilgisayarlar teorisi, mesaj iletiminin istatistiksel teorisi, oyunlar teorisi ve optimal çözümler vb. canlı doğada (refleksoloji, genetik vb.).

Spesifik kontrol süreçleriyle ilgilenen bu bilimlerin aksine, sibernetik, fiziksel yapıları ne olursa olsun tüm kontrol süreçlerinin genelliğini inceler ve bu süreçlerin birleşik bir teorisini yaratmayı görev olarak belirler.

Tüm yönetim süreçleri aşağıdakilerle karakterize edilir:

• lider ve kontrollü (yürütme) organlardan oluşan organize bir sistemin varlığı;

• bu organize sistemin rastgele veya sistematik rahatsızlıkların kaynağı olan dış çevre ile etkileşimi;

• bilginin alınmasına ve iletilmesine dayalı kontrolün uygulanması;

• bir hedef ve yönetim algoritmasının varlığı.

Canlı doğada hedefe yönelik kontrol sistemlerinin doğal-nedensel olarak ortaya çıkması problemini incelemek, canlı doğada nedensellik ve amaçlılık arasındaki ilişkinin daha derinden anlaşılmasını sağlayacak olan sibernetiğin önemli bir görevidir.

Sibernetiğin görevi ayrıca, bilgiyi algılama ve işleme yetenekleri açısından kontrol sistemlerinin yapısının ve çeşitli fiziksel çalışma ilkelerinin sistematik olarak karşılaştırmalı bir incelemesini içerir.

Sibernetik, yöntemlerine göre, çeşitli matematiksel aygıtları yaygın olarak kullanan bir bilimin yanı sıra çeşitli yönetim süreçlerinin incelenmesinde karşılaştırmalı bir yaklaşımdır.

Sibernetiğin ana bölümleri ayırt edilebilir:

• bilgi teorisi;

• kontrol yöntemleri teorisi (programlama);

• kontrol sistemleri teorisi.

Bilgi teorisi, bilgiyi algılama, dönüştürme ve iletme yollarını inceler.Bilgi, sinyaller kullanılarak iletilir - belirli parametrelerin iletilen bilgilerle açık bir şekilde tutarlı olduğu fiziksel süreçler. Böyle bir yazışmanın kurulmasına kodlama denir.

Bilgi teorisinin merkezi kavramı, mesaj alınmadan önce ve sonra mesajda bulunan, bazı olayların beklentisindeki belirsizlik derecesindeki değişiklik olarak tanımlanan bilgi miktarının bir ölçüsüdür. Bu ölçüm, fizikte enerji miktarının veya madde miktarının ölçülmesine benzer şekilde, mesajlardaki bilgi miktarını ölçmenizi sağlar. İletilen bilgilerin alıcı için anlamı ve değeri dikkate alınmaz.

Programlama teorisi, bilgiyi yönetim için işlemek ve kullanmak için yöntemlerin incelenmesi ve geliştirilmesi ile ilgilenir. Genel olarak, herhangi bir kontrol sisteminin çalışmasının programlanması şunları içerir:

• çözüm bulmak için bir algoritma tanımlama;

• bir programın verilen sistem tarafından kabul edilen koda derlenmesi.

Çözüm bulmak, verilen girdi bilgilerinin, belirlenen hedeflere ulaşılmasını sağlayan karşılık gelen çıktı bilgilerine (kontrol komutları) dönüştürülmesine indirgenir. Bir algoritma şeklinde sunulan bazı matematiksel yöntemlere dayalı olarak gerçekleştirilir. En gelişmişleri, doğrusal programlama ve dinamik programlama gibi en uygun çözümleri belirlemeye yönelik matematiksel yöntemler ve oyun teorisinde istatistiksel çözümler geliştirmeye yönelik yöntemlerdir.

Sibernetikte kullanılan algoritma teorisi, bilgi işleme süreçlerini koşullu matematiksel şemalar şeklinde tanımlamanın resmi yollarını inceler - algoritmalar... Buradaki ana yer, farklı işlem sınıfları için algoritmalar oluşturma sorunları ve aynı (eşdeğer) sorunları tarafından işgal edilir. Algoritma dönüşümleri.

Programlama teorisinin ana görevi, elektronik programlanmış makinelerin bilgi işleme süreçlerini otomatikleştirmek için yöntemler geliştirmektir. Buradaki ana rol, programlamanın otomasyonu ile ilgili sorular, yani bu makinelerin yardımıyla makinelerin çeşitli sorunlarını çözmek için programların derlenmesi ile ilgili sorular tarafından oynanır.

Doğal ve yapay olarak organize edilmiş çeşitli sistemlerde bilgi işleme süreçlerinin karşılaştırmalı analizi açısından sibernetik, aşağıdaki ana süreç sınıflarını ayırt eder:

• canlı organizmaların düşünme ve refleks aktivitesi;

• biyolojik türlerin evrim sürecinde kalıtsal bilgilerdeki değişiklikler;

• otomatik sistemlerde bilgi işleme;

• ekonomik ve idari sistemlerde bilgi işleme;

• bilim geliştirme sürecinde bilgi işleme.

Bu süreçlerin genel yasalarını açıklamak, sibernetiğin temel görevlerinden biridir.

Kontrol sistemleri teorisi, bu tür sistemlerin yapısını ve yapım ilkelerini ve bunların kontrollü sistemler ve dış çevre ile ilişkilerini inceler. Genel durumda, bir kontrol sistemi, amaçlı bilgi işlemeyi gerçekleştiren herhangi bir fiziksel nesne olarak adlandırılabilir (bir hayvanın sinir sistemi, bir uçağın hareketini kontrol etmek için otomatik bir sistem, vb.).

Otomatik Kontrol Teorisi (TAU) - konusu otomatik kontrol sistemlerinde yer alan bilgi süreçleri olan bilimsel disiplin. TAU, farklı fiziksel uygulamalara sahip otomatik sistemlerde bulunan genel çalışma kalıplarını ortaya koyar ve bu kalıplara dayanarak yüksek kaliteli kontrol sistemleri oluşturmak için ilkeler geliştirir.

Sibernetik, karşılık gelen gerçek sistem sınıflarının bilgi özelliklerini koruyan matematiksel şemalar (modeller) biçiminde sunulan soyut kontrol sistemlerini inceler. Sibernetik içinde, özel bir matematiksel disiplin ortaya çıktı - çok sayıda öğe içeren ve sinir ağlarının çalışmasını simüle eden özel bir ayrık bilgi işleme sistemleri sınıfını inceleyen otomata teorisi.

Büyük teorik ve pratik öneme sahip olan, küçük hacimli organlarda ihmal edilebilir enerji harcaması ve son derece yüksek enerji harcaması ile büyük miktarda bilgiyi algılama ve işleme imkanı sağlayan düşünme mekanizmalarının ve beynin yapısının bu temelinin aydınlatılmasıdır. güvenilirlik.

Sibernetik, bina kontrol sistemlerinin iki genel ilkesini tanımlar: geri bildirim ve çok düzeyli (hiyerarşik) kontrol.Geri bildirim ilkesi, kontrol sisteminin, kontrol edilen tüm organların gerçek durumunu ve dış ortamın gerçek etkilerini sürekli olarak raporlamasını sağlar. Çok seviyeli kontrol şeması, kontrol sisteminin ekonomisini ve istikrarını sağlar.

Sibernetik ve süreç otomasyonu

Kendi kendini ayarlayan ve kendi kendine öğrenen sistemlerin ilkelerini kullanan tam otomasyon, özellikle karmaşık endüstriler için önemli olan en kârlı kontrol modlarına ulaşmayı mümkün kılar. Bu tür bir otomasyon için gerekli bir ön koşul, belirli bir üretimin, süreci çalışması için bir program biçiminde kontrol eden bilgisayara girilen ayrıntılı bir matematiksel açıklamanın (matematiksel model) sürecinin mevcudiyetidir.

Bu makine, çeşitli ölçüm cihazlarından ve sensörlerden sürecin gidişatı hakkında bilgi alır ve makine, prosesin mevcut matematiksel modeline göre belirli kontrol komutları ile ilerideki seyrini hesaplar.

Bu tür bir modelleme ve tahmin, gerçek süreçten çok daha hızlı ilerliyorsa, bir dizi seçeneği hesaplayarak ve karşılaştırarak en avantajlı yönetim modunu seçmek mümkündür. Seçeneklerin değerlendirilmesi ve seçimi hem makinenin kendisi tarafından tam otomatik olarak hem de bir insan operatörün yardımıyla gerçekleştirilebilir. Bunda önemli bir rol, insan operatör ile kontrol makinesinin optimum şekilde bağlanması sorunu tarafından oynanır.

Sibernetik tarafından çeşitli yönetim ve bilgi işleme süreçlerinin analizi ve açıklaması (algoritma) için geliştirilen birleşik yaklaşım, bu süreçleri sırayla alternatif seçimleri ("evet" veya "hayır") temsil eden temel eylemlere bölerek büyük pratik öneme sahiptir.

Bu yöntemin sistematik uygulaması, sonraki otomasyonları için gerekli ilk aşama olan, giderek karmaşıklaşan zihinsel aktivite süreçlerini resmileştirmeyi mümkün kılar.Bir makinenin ve bir kişinin bilgi simbiyozu sorunu, bilimsel çalışmanın verimliliğini, yani bir kişinin ve bir bilgi-mantıksal makinenin bilimsel problemlerin çözümünde yaratıcılık sürecinde doğrudan etkileşimini artırma konusunda büyük umutlara sahiptir.

Teknik sibernetik - teknik sistemleri yönetme bilimi. Teknik sibernetiğin yöntemleri ve fikirleri başlangıçta, otomasyon, radyo elektroniği, telekontrol, bilgisayar teknolojisi vb. iletişim ve kontrolle ilgili ayrı teknik disiplinlerde paralel ve bağımsız olarak gelişti. iletişim ve kontrol teknolojisinin tüm alanları için birleşik bir teorik temel oluşturan sibernetik.

Teknik sibernetik, genel olarak sibernetik gibi, kontrol süreçlerini, bu süreçlerin meydana geldiği sistemlerin fiziksel yapısından bağımsız olarak inceler. Teknik sibernetiğin temel görevi, yapılarını, özelliklerini ve parametrelerini belirlemek için etkili kontrol algoritmalarının sentezidir. Etkili algoritmalar, girdi bilgisini belirli bir anlamda başarılı olan çıktı kontrol sinyallerine dönüştürmek için kullanılan kurallar olarak anlaşılır.

Teknik sibernetik, otomasyon ve telemekanik, ancak teknik sibernetik belirli ekipmanın tasarımını dikkate almadığından bunlarla örtüşmez. Teknik sibernetik aynı zamanda sibernetiğin diğer alanlarıyla da ilgilidir; örneğin, biyolojik bilimlerden elde edilen bilgiler, insan zihinsel faaliyetinin karmaşık işlevlerini simüle eden yeni otomat türleri oluşturma ilkeleri dahil olmak üzere yeni kontrol ilkelerinin geliştirilmesini kolaylaştırır.

Matematiksel aygıtları yaygın olarak kullanan uygulama ihtiyaçlarından doğan teknik sibernetik, artık sibernetiğin en gelişmiş dallarından biridir. Bu nedenle, teknik sibernetiğin ilerlemesi, sibernetiğin diğer dallarının, yönlerinin ve dallarının gelişmesine önemli ölçüde katkıda bulunur.

Teknik sibernetikte önemli bir yer, optimal algoritmalar teorisi veya temelde aynı olan, bazı optimallik kriterlerinin uç noktalarını sağlayan otomatik kontrol için optimal bir strateji teorisidir.

Farklı durumlarda, optimallik kriterleri farklı olabilir. Örneğin, bir durumda, geçici süreçlerin maksimum hızı gerekli olabilir, diğerinde, belirli bir nicelikteki değerlerin minimum yayılması vb. Ancak, çok çeşitli sorunları formüle etmek ve çözmek için genel yöntemler vardır. bu türden

Problemin çözülmesinin bir sonucu olarak, otomatik sistemdeki optimum kontrol algoritması veya iletişim sisteminin alıcısındaki gürültü arka planına karşı sinyalleri tanımak için en uygun algoritma vb. belirlenir.

Teknik sibernetikte bir diğer önemli yön, bir sistemin veya parçalarının özelliklerinde amaçlı bir değişiklikten oluşan ve eylemlerinin artan başarısını sağlayan otomatik uyarlamalı sistemlerin çalışma teorisi ve ilkelerinin geliştirilmesidir. Bu alanda, otomatik arama ile optimum çalışma moduna getirilen ve öngörülemeyen dış etkiler altında bu moda yakın tutulan otomatik optimizasyon sistemleri büyük önem taşımaktadır.

Üçüncü alan, parçaların karmaşık karşılıklı ilişkileri ve zor koşullarda çalışma dahil olmak üzere çok sayıda öğeden oluşan karmaşık kontrol sistemlerinin geliştirme teorisidir.

Bilgi teorisi ve algoritma teorisi, özellikle sonlu durum makinelerinin teknik sibernetik teorisi için büyük önem taşır.

Sonlu otomata teorisi, kara kutu problemini çözmek de dahil olmak üzere, belirli çalışma koşulları altında otomatların senteziyle ilgilenir - giriş ve çıkışlarının yanı sıra diğer problemlerin yanı sıra örneğin sorular üzerinde çalışmanın sonuçlarına dayalı olarak bir otomatın olası bir iç yapısını belirleme belirli bir türdeki otomatların uygulanabilirliği.

Tüm yönetim sistemleri, sistemlerin sonuçlarını kendi amaçları doğrultusunda tasarlayan, kuran, kontrol eden, çalışmalarını yöneten ve sonuçlarını kullanan kişilerle bir şekilde ilişkilidir. Bu nedenle, bir otomatik cihazlar kompleksi ile insan etkileşimi ve aralarında bilgi alışverişi sorunları vardır.

Bu sorunları çözmek, insan sinir sistemini stresli ve rutin işlerden kurtarmak ve tüm "insan-makine" sisteminin maksimum verimini sağlamak için gereklidir. Teknik sibernetiğin en önemli görevi, mümkün ve makul olan her yerde insanların yerine otomatik makineler koymak amacıyla, giderek daha karmaşık hale gelen insan zihinsel faaliyet biçimlerini simüle etmektir. Bu nedenle, teknik sibernetikte, eğitim veya öğrenme yoluyla algoritmalarını kasıtlı olarak değiştiren farklı türde öğrenme sistemleri oluşturmak için teoriler ve ilkeler geliştirilir.

Güç sistemlerinin sibernetiği - kontrol problemlerini çözmek için sibernetiğin bilimsel uygulaması güç Sistemleri, rejimlerinin düzenlenmesi ve tasarım ve işletme sırasında teknik ve ekonomik özelliklerinin belirlenmesi.

Güç sisteminin birbiriyle etkileşime giren bireysel unsurları, sistemin bağımsız bileşenlere bölünmesine ve özelliklerini belirlerken etkileyen faktörlerin birer birer değiştirilmesine izin vermeyen çok derin iç bağlantılara sahiptir. Araştırma metodolojisine göre, araştırmasında genelleştirme yöntemleri kullanıldığı için güç sistemi sibernetik bir sistem olarak düşünülmelidir: benzerlik teorisi, fiziksel, matematiksel, sayısal ve mantıksal modelleme.

Daha fazla ayrıntı için buraya bakın:Elektrik sistemlerinin sibernetiği