§ 1.6. Алгоритмы управления

Каждый день вокруг нас кто-то чем-то управляет. Водитель ведёт автобус по маршруту, учитель проводит урок, светофор пропускает машины через перекрёсток. Ситуации совсем не похожи одна на другую, но общее у них есть: кто-то или что-то воздействует на объект, причём не как попало, а ради заранее намеченного результата.

Определение. Управление — процесс целенаправленного воздействия на объект; его ведут для того, чтобы объект действовал по заданной программе.

В середине XX века американский учёный Норберт Винер (1894–1964) сравнивал, как происходит управление в самых разных системах — в машинах и приборах и в живых организмах. Он обнаружил, что везде оно идёт по одной общей схеме. Так появилась кибернетика — наука об управлении, и Винера считают её основоположником.

Кто управляет и кем управляют

В любой ситуации управления есть две стороны. Объект управления, или управляемый объект, — тот, на кого направлено воздействие. Им бывает техническое устройство: автомобиль, лифт, станок. Бывает отдельный человек: ученик на уроке, солдат в строю. Бывает и целый коллектив: оркестр, спортивная команда, работники завода.

Управляющий объект, или управляющая система, — тот, кто воздействует. Это может быть человек (шофёр, дирижёр, учитель, директор), коллектив (правительство, парламент) или техническое устройство (автоматический регулятор, компьютер). Пары легко составить самим: дирижёр управляет оркестром, директор — работниками предприятия, компьютер — станком в цехе.

Алгоритм управления

Управляющий объект действует не наугад: он отдаёт команды в определённом порядке.

Определение. Алгоритм управления — последовательность команд, которые управляющий объект отдаёт объекту управления, чтобы достичь заранее поставленной цели.

Устроены алгоритмы управления так же, как любые алгоритмы, которые вы уже составляли. Самый простой состоит из одной команды: учитель говорит «Откройте тетради», и класс их открывает. Чуть сложнее — линейная последовательность: «встать, выйти к доске, записать дату». Если выбор действия зависит от условия, в алгоритме появляется ветвление: «если горит зелёный — переходи улицу, иначе — жди». Если действие нужно повторять, пока не выполнено условие, нужен цикл: «пока ведро не наполнилось, держи его под краном». Чем сложнее объект и обстановка, в которой он работает, тем больше в алгоритме управления ветвлений и циклов.

Какая информация нужна для управления

Управлять вслепую нельзя: для управления нужна информация. Прежде всего управляющий объект должен знать цель — какого результата он добивается. Кроме того, он должен знать, какими способами этой цели можно достичь. И то и другое ему нужно знать заранее, ещё до того, как управление началось: водитель автобуса знает маршрут и правила движения до выезда из парка, а не узнаёт их в пути.

Иногда этим всё и ограничивается. Посмотрите на рис. 1, а. Обычный светофор управляет машинами на перекрёстке (это объект управления) по программе, заложенной в него при наладке: красный, жёлтый, зелёный — строго по кругу, с одними и теми же промежутками. Что творится на перекрёстке сейчас, светофор не знает. Если на одной из дорог скопилось много машин и образовалась пробка, он всё равно переключит сигналы так же, как вчера: сведения о пробке к нему просто не поступают.

Обратная связь

Чтобы управлять разумнее, управляющему объекту нужны сведения не только о цели, но и о том, что происходит с объектом прямо сейчас.

Определение. Обратная связь — передача управляющему объекту сведений о том, в каком состоянии находится объект управления.

Получив такие сведения, управляющий объект может поправить свои воздействия: усилить их, ослабить, сменить одно другим. Эту схему называют кибернетической моделью управления (рис.