Информация. Общие понятия

АВТОМАТИКА И ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

 

Основные понятия и определения автоматики

 

Автоматическая система предназначена для управления каким-либо процессом без вмешательства оператора (человека). В такой системе функции оператора обычно сводятся к включению системы, наблюдению за ходом процесса, использованию результатов управления и выключению системы.

Любая автоматическая система независимо от ее назначения и принципа работы элементов состоит из двух основных частей: объекта управления (ОУ) и управляющего устройства (УУ). Процесс управления заключается в том, что управляющее устройство целенаправленно воздействует на объект управления для достижения запланированного результата. Очевидно, данный процесс не может осуществляться без передачи информации от одной части системы к другой. Более того, характер обмена информацией определяет основные особенности устройства таких систем, поэтому автоматические системы относят к информационным системам.

Автоматические системы объединяет одно общее свойство: их автоматизм обеспечен и ограничен заранее заложенной в них программой действия, заранее заложенной информацией, движущейся в одном направлении — к исполнительному органу. В таких системах отсутствуют контроль за изменением состояния объекта управления и учет этих изменений в процессе управления.

В реальных системах на объект управления действуют заранее непредвиденные возмущения, называемые помехой. Помехи могут появиться при изменении внешних условий (температура, влажность, характеристики электромагнитных полей, вибрация и т. д.) или внутреннего состояния системы (нестабильность источников питания, люфт движущихся деталей и т. п.). Если влияние помех достаточно велико, то рассмотренные выше разомкнутые системы становятся неработоспособными. В этих случаях используются замкнутые автоматические системы, в которых управляющее воздействие z(t) вырабатывается на основе информации об отклонении регулируемой величины y(t) от требуемого значения x(t), т. е. z(t) является функцией рассогласования: z(t)=F[x(t) - y(t)].

В замкнутых системах в управляющем устройстве проводится сравнение фактического y(t) и заданного х(t) значений выходной величины и устанавливается функциональная связь между получившимися рассогласованием и новым управляющим воздействием, т. е. образуется непрерывный замкнутый цикл движения сигналов (информации). При этом целью работы системы является минимизация функции рассогласования. Характер функции F определяется конкретной системой, но в любой системе при совпадении фактического и заданного значений выходной величины, т. е. при x(t) - y(t) = 0, значение функции F и управляющего воздействия z(t) равно нулю.

Сигналы, поступающие с выхода (объект управления) на вход системы (управляющее устройство), называются сигналами обратной связи, а цепь, по которой они поступают, — цепью обратной связи. Поэтому замкнутые системы также называют и системами с обратной связью, а разомкнутые — системами без обратной связи.

Автоматические устройства используются не только в автоматических системах управления, действующих без вмешательства оператора (человека), но и в автоматизированных системах управления (АСУ), в которых главное место отводится человеку. В таких системах автоматы участвуют в процессах получения, переработки и предъявления информации человеку-оператору (или коллективу операторов), который принимает окончательное решение и передает его как входную информацию следующим цепочкам автоматов, наилучшим образом выполняющих эти решения. К таким системам относятся, в частности, и автоматизированные системы обучения (АСО).

 

Информация. Общие понятия

 

Информация несет в себе широкое понятие и используется для объяснения сущности разнообразных явлений и процессов. Расширилась трактовка понятия информации, которая в настоящее время предусматривает обмен сведениями между:

- человеком и человеком;

- человеком и автоматом;

- автоматом и автоматом.

Широкое использование информации вызвало необходимость в ее исследовании, что привело к созданию теории информации — самостоятельного раздела кибернетики, и разработке математического аппарата, отражающего основные свойства информации.

Определилась и получила всеобщее признание количественная мера информации.

За единицу информации принимается количество информации, содержащееся в случайной величине, принимающей с равной вероятностью два различных значения (например, 0 и 1). Эта единица информации называется двоичной единицей и носит наименование «бит» (сокращение bit от англ. binary digit — двоичная цифра).

Измерение информации в двоичных единицах особенно удобно для применения в различных областях техники, так как в системах, хранящих и перерабатывающих информацию, проще всего оперировать с величинами, выраженными в двоичной системе счисления, а одна двоичная единица есть как раз количество информации, необходимое для указания одной двоичной цифры.

Информация, представленная в двоичных единицах, нашла широкое применение в различных областях техники: в связи, в вычислительных машинах, в системах управления технологическими процессами.

Управление технологическими процессами (объектом) основывается на информации о параметрах, которые их характеризуют (давление, температура, скорость и т. п.), значения которых заранее неизвестны и непостоянны во времени. Информация об этих параметрах собирается с помощью датчиков и передается непосредственно или после некоторой обработки в управляющее устройство, которое на основании программы управления вырабатывает команды, воздействующие на объект управления через исполнительные органы. В системе автоматического управления могут происходить процессы передачи информации, процессы сбора, передачи, обработки и хранения информации. Количество информации, циркулирующее в системе автоматического управления, зависит от сложности объекта (процесса) и от необходимой точности управления. Чем больше количество информации перерабатываемой системой, тем больше возможностей у системы в смысле управления, однако тем сложнее ее аппаратура.

Информация может быть дискретной или непрерывной.

Дискретность (прерывистость) информации, как правило, связана с характером отдельных параметров процесса (например, двигатель включен или выключен), либо с необходимостью иметь грубое представление о том или ином параметре (например, «напряжение в пределах нормы» и «за пределами нормы»).

Непрерывное получение и передача информации, различной по характеру и объему, диктуется требованиями управляемого процесса и определяется возможностью ее передачи, т. е. пропускной способностью канала связи.

Для передачи информации по каналу связи ее следует преобразовать в условные сигналы (систему символов) — код. Однако даже кодируемая информация может быть искажена помехами, наводимыми в канале связи. Для исключения этого явления строят помехоустойчивый код путем введения в него проверочных сигналов.

В автоматическом управлении передаваемая информация кодируется посредством набора комбинаций из электрических импульсов и пауз между ними, что эквивалентно изображению значений кодируемой непрерывной величины в виде двоичных чисел.